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JP4479134B2 - Optical head device - Google Patents
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JP4479134B2 - Optical head device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド装置に関し、特に光ディスクなどの光記録媒体の情報の記録・再生を行う光ヘッド装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ディスクの記録密度を高めるために、光源である半導体レーザからの出射光の波長を短くしたり、対物レンズの開口数(NA)を大きくすることが実用化されている。次世代の光記録においては光源の波長を405nm程度、NAを0.85とすることで、より大きな記録密度を得ることが提案されている。しかし、光源の短波長化や対物レンズの高NA化が原因で、光ディスクの厚み変動の許容量が小さくなる。
【0003】
これら許容量が小さくなる原因は、光ディスクの厚み変動に比例した球面収差が発生するために、光ヘッド装置の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難になることによる。また、光ディスクの異なる層をそれぞれ記録層とする多層記録方式の場合、各層間隔に基く球面収差が発生するため球面収差を補正する手段が必要である。
【0004】
球面収差を補正する手段として以下の方式が提案されている。一つは発生した球面収差の量に応じてコリメートレンズの位置を機械的に変化させ対物レンズとの間で球面収差を発生させ、光ディスクの厚み誤差で発生する球面収差を打ち消す方式(機械方式)がある。この機械方式の場合、コリメートレンズの機械的可動部分を必要とするため光ヘッド装置の構成が複雑または大きくなる欠点がある。
【0005】
別の方式として、対物レンズと光源との間の光路中に備えた位相補正素子に電圧を印加することにより波面収差を補正する方式(電気方式)がある。この電気方式の場合、機械方式に比べ機械可動部分がないことから小型軽量化や振動などの信頼性において優れている。位相補正素子を用いて波面収差を補正する例としては特開平10−20263がある。この例では光ディスクの傾きにより発生するコマ収差を補正する方式として、位相補正素子を構成している一対の基板間に挟持された液晶を、分割電極に印加する電圧を変化させることで配向を制御し、透過光の波面を変化させて発生するコマ収差を補正している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の位相補正素子の場合、1つの分割電極に着目すると透過光の波面の変化量は同じであるため、得られる波面形状は電極の分割数(分割電極数)および分割電極に印加する信号数に依存する。したがって、連続的に変化する波面収差を精度良く補正するためには、分割電極数を増やし多数の外部信号源(外部電源)で制御する必要があり、素子構成、外部電源構成の複雑化などの問題が生ずる。そこで、単純な電極構造を有し、かつ少ない外部電源により透過光の波面を連続的に変化させる位相補正素子が望まれていた。特に、球面収差の周辺部のような波面収差の変化量が大きい領域を連続的な波面変化で補正することが望まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光源と、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、光源と対物レンズとの間に設けられた出射光の波面を変化させる位相補正素子と、波面を変化させるための電圧を位相補正素子へ出力する制御電圧発生手段とを備える光ヘッド装置であって、位相補正素子は電極が表面に形成されている一対の透明基板に挟持された液晶層を備えており、一方の透明基板の電極は、同心円状に配されている3つの円環状の低抵抗電極と、隣接する少なくとも低抵抗電極間に配されていて隣接する低抵抗電極を導電接続する、低抵抗電極に対するシート抵抗値の比が1000以上であり、かつシート抵抗値が10 Ω/□から10 Ω/□までである高抵抗電極とを備え、前記3つの円環状の低抵抗電極はそれぞれ異なる電圧を供給できるように外部信号源に接続されている外側、中間、内側の3つの低抵抗電極からなり、前記対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との平均値の比が0.7から0.85までであり、かつ前記対物レンズの瞳半径に対する前記内半径と前記外半径との差の比が0.02から0.14までであり、他方の透明基板の電極は、平面電極が同心円状に分割された複数のセグメント電極からなる分割電極を備え、かつ低抵抗電極の中心と分割電極の中心とが光軸上にあり、かつ前記複数のセグメント電極は第1のセグメント電極群と前記第1のセグメント電極群を構成する隣接するセグメント電極間に配置された第2のセグメント電極群とに分けられ、それぞれのセグメント電極群ごとに導電接続されて、対向する透明基板の電極とそれぞれのセグメント電極群との間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。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念図であり、光記録媒体である光ディスクの情報の記録および再生を行うものである。光源である半導体レーザ1からの出射光は例えばホログラムタイプ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により平行光となり、位相補正素子4を透過後、4分の1波長板5を透過し、立ち上げミラー11で90°方向に反射され、アクチュエータ7に設置された対物レンズ6により光ディスク8上に集光される。
【0009】
集光された光は、光ディスク8により反射され対物レンズ6、立ち上げミラー11、4分の1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からの出射光が光ディスク8により反射される際、光ディスク8の面上に記録された情報により反射光は振幅変調され、光検出器9により光強度信号として記録情報を読み取ることができる。また、光ディスク8に情報を記録するときには、半導体レーザ1のレーザ出力を変調させ、光ディスク8の記録膜に情報を記録する。
【0010】
光検出器9より得られる光ディスク8の、例えば再生信号の強度が最適となるように、位相補正素子4に向けて制御電圧発生手段である位相補正素子制御回路10により電圧が出力される。位相補正素子制御回路10より出力される電圧は、光ディスクの厚み誤差や対物レンズなど光学系のズレや多層光ディスクなどから発生する球面収差に応じて位相補正素子4の電極に印加する電圧となる。
【0011】
次に本発明において使用する位相補正素子の構成を図2の断面図を用いて説明する。ガラス基板21a、21bが、例えばエポキシ系樹脂を主成分とするシール材22により接着され液晶セルが形成されている。使用する基板でガラス以外の材料としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネートなどが挙げられるが、耐久性などの点からガラス基板が好ましい。
【0012】
シール材22には例えばガラス製のスペーサと例えば樹脂の表面に金などを被膜した導電性スペーサが含まれている。ガラス基板21aの内側表面には、内側表面から電極24a、シリカなどを主成分とする絶縁膜25、配向膜26がこの順に、またガラス基板21bの内側表面には、内側表面から電極24b、シリカなどを主成分とする絶縁膜25、配向膜26がこの順に被膜されている。絶縁膜25は導電性異物による電極間ショートを防止するためのものであり省いてもよい。また、ガラス基板21a、21bの外側表面に反射防止膜が被膜されていてもよい。
【0013】
電極24aは電極引出部27で接続線によって位相補正素子制御回路と接続できるようパターン配線が施されている。また電極24bは上述の金などを被膜した導電性スペーサによりガラス基板21a上に形成された電極24aと電気的に接続しており、したがって、電極24bは電極引出部27で接続線によって位相補正素子制御回路と接続できる。
【0014】
液晶セル内部には液晶23が充填されている。使用する液晶の材料は、液晶ディスプレイなどに用いられるネマティック液晶がよく、印加電圧により偏光が変化しないためには一様なホモジニアス配向が好ましい。図2に示した液晶分子28は、一方向に配向されたホモジニアス配向の状態にある。
【0015】
また配向膜の材料としては、液晶分子28のプレチルト角が2〜10゜となれば好ましく、ポリイミド膜を図2の紙面に平行で左右方向にラビングしたものや、シリカ膜を斜め蒸着したものなどがよい。また、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との差を大きくして液晶セルの間隔を小さくした方が応答性を高くでき好ましい。しかし、液晶セルの間隔が小さくなるほど液晶セルの製作が困難になるため、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との差は0.1〜0.2、液晶セルの間隔は2〜5μm程度とすることが好ましい。
電極24a、24bの材質は透過率が高い方が望ましく、ITO膜、酸化亜鉛膜、酸化錫膜などの透明導電膜を使用すればよい。電極24a、24bの材料、物性、形成方法などは後ほど詳述する。
【0016】
以上、位相補正素子を用いて波面を変化させる機能に必要な構成を述べたが、波長板や偏光ホログラムなどの平板光学素子を位相補正素子4に積層することにより、波長板5や偏光ビームスプリッタ2の機能を位相補正素子4が併せ持つようにできる。この場合、光ヘッド装置を構成する光学部品の数が減ることで組立、調整が簡易となり、生産性が向上して好ましい。波長板を積層するときは、位相補正素子のガラス基板に直接貼り合せるか、または波長板を別のガラス基板に貼り合わせた後積層すればよい。
【0017】
また、位相補正素子と対物レンズとが一体に構成されている光ヘッド装置とすることが好ましい。その理由は、トラッキングなどにより対物レンズが光軸に対して垂直な面内で移動するレンズシフトを生じたとき、位相補正素子と対物レンズが一体でない場合、光ディスクにより発生した球面収差に対して位相補正素子が発生した波面収差(球面収差)がレンズシフト分だけ位置ずれを起こすことになり、球面収差を適切に補正できなくなるからである。
【0018】
位相補正素子と対物レンズとが一体に構成されている光ヘッド装置とするには、対物レンズを保持しているアクチュエータに位相補正素子を固定するなどすればよい。この場合、アクチュエータの制御特性に影響を与えないように、位相補正素子の重量を軽くしたり、信号引出線をワイヤなどの軽量で接続容易なものを使用することが好ましい。
【0019】
次に、本発明における位相補正素子を用いて球面収差を補正する方法に関して述べる。図3は球面収差を補正するための電圧降下型電極パターンの一例を示す平面図であり、図2に示された電極24a、24bのいずれか一方に形成されている。31〜33は低抵抗電極、30は高抵抗電極である。図4は残留収差を低減するための分割電極パターンの一例を示す平面図であり、電極24a、24bのうち、上記の電圧降下型電極パターンが形成されていない方の電極に形成されている。また、低抵抗電極の中心と分割電極の中心は光軸上に配される。
【0020】
図3における斜線部は透明導電膜により形成された高抵抗電極30であり、例えば分割のない一様な電極である。黒塗部分は高抵抗電極30に電圧を供給するための低抵抗電極31〜33であり、その内径、外径が光軸を中心とする同心円状に配置されている。また、高抵抗電極30と低抵抗電極31〜33は導電接続されている。したがって、隣接する低抵抗電極間に高抵抗電極が配されていて、隣接する低抵抗電極が導電接続されていてもよい。すなわち、高抵抗電極がこれを挟む低抵抗電極と接していてもよい。
【0021】
低抵抗電極31〜33は配線により位相補正素子外部の図示しない信号源と接続されており各々信号1〜3によって任意の電圧を供給できる。図4において、41〜47は分割電極を構成するセグメント電極であり、48と49は配線である。
【0022】
低抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρに対する高抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρの比ρ/ρを1000以上にすると、高抵抗電極に比べ低抵抗電極内では抵抗が低いため低抵抗電極内では等電位となる。一方、高抵抗電極30の面内では低抵抗電極31と32、および32と33間の電位差により微弱な電流が流れて電圧降下が発生する結果、連続的に変化する光軸を中心とした軸対称型の電位分布が発生する。電極材料およびシート抵抗に関しては後程詳述する。
【0023】
液晶分子の配向方向は、対向する電極間の実効電圧(電位差)に応じて変化するため、対向する分割電極の電位を全て等しくすれば、液晶の実効屈折率分布は高抵抗電極30内で発生する電圧分布にほぼ一致する。したがって、高抵抗電極30内で発生する電圧分布が補正すべき波面収差分布に対応するよう低抵抗電極31〜33を構成すれば、両者が相殺でき波面収差を補正できる。
【0024】
図5は本発明における位相補正素子により発生した、波面収差による球面収差補正の一例を示すグラフであり、分割電極を構成するセグメント電極の電位を全て等しくした場合である。Aは光ディスクの厚み変動や光学系の誤差などにより生じた補正を要する球面収差分布、Bは位相補正素子により発生する球面収差を補正するための位相差分布であり、Cは補正後に残った残留収差分布である。横軸は光軸を中心とした瞳半径であり、入射光束の半径により規格化されている。
【0025】
球面収差分布Aを補正するために低抵抗電極31〜33の寸法、および信号1〜3の印加電圧を適宜設定することで、符号が反対で形状がほぼ同等な位相差分布Bにより球面収差分布Aを相殺して補正できる。ここで、位相差分布Bにおける領域Dと領域Eの位置は、図3に示す低抵抗電極31(内側を含む)と32の位置にそれぞれ対応しており、低抵抗電極33の位置は図4の瞳半径1以上の位置に対応するため図示されていない。
【0026】
低抵抗電極31と32の位置を変化させると発生する波面収差分布Bもまた変化する。したがって、高精度に補正するためには、球面収差分布Aの形状に一致するように低抵抗電極31と32の位置と大きさとを決めることが必要である。位相補正素子面での入射光束の半径を1としてこれに対し、低抵抗電極31の半径を0.2〜0.3、円環状の低抵抗電極32の内半径と外半径との平均半径を0.7〜0.85にしたとき、球面収差を効率よく補正できて好ましい。特に低抵抗電極31の半径を0.21にし、低抵抗電極32の平均半径を0.74にしたときに、最大の補正効果を得ることができ極めて好ましい。
【0027】
以上、分割電極を等電位にした場合に関して述べたが、この場合、図5のCに示す残留収差が残る。この残留収差の大きさは補正する球面収差の大きさに比例するため、多層記録ディスクにおける層間ギャップなど、大きな球面収差を補正する場合においては無視することができない。そこで以下に、本発明における位相補正素子による残留収差の低減効果を説明する。
【0028】
図4に示す分割電極は、一様な透明導電膜をエッチングすることにより得られた、同心円状で複数のセグメント電極41〜47より構成されている。電極を分割する方法には、例えばフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いることができる。隣接する一つのセグメント電極と他のセグメント電極との間、つまり分割間隔はエッチングにより透明導電膜が除去されているので異なるセグメント電極間では導通はない。しかし、本発明における位相補正素子では、いくつかのセグメント電極が導通するように電極内部で透明導電膜により配線され、これにより信号数を減らしている。
【0029】
すなわち、複数のセグメント電極が2つのセグメント電極群に分けられ、それぞれのセグメント電極群ごとに導電接続されて、対向する透明基板の電極とそれぞれのセグメント電極群との間に異なる電圧が印加できるように構成されている。このように構成することにより、制御電圧発生手段の数を減らすことができて好ましい。
【0030】
図4に示した例ではセグメント電極41、43、45、47は一つのセグメント電極群が形成され、図の左右方向に配された配線49により導通され外部の信号源と接続されており信号5によって任意の電圧が印加できる。同様にセグメント電極42、44、46は他のセグメント電極群が形成され、配線48により導通され外部の信号源と接続され信号4によって任意の電圧が印加できる。
【0031】
図6は本発明の位相補正素子を用いて球面収差を補正した場合の残留収差を表す波面収差分布である。この図でも瞳半径は入射光束半径により規格化されている。前述したセグメント電極全てを等電位にした場合の残留収差は61であり、図4に示す信号4、5として異なる電圧を供給した場合の残留収差は62のようになる。ここで領域D41〜D47はセグメント電極41、42〜47に対応している。すなわちD41とはドメイン(Domain)41のことである。
【0032】
セグメント電極の半径を残留収差の形状に応じて適切に設定し、かつセグメント電極間で電位差を発生させることで61に示した残留収差の凹凸を平滑化でき、残留収差を低減できる。ここでは、セグメント電極41、43、45、47を等電位とし、セグメント電極42、44、46をこれとは異なる等電位としたが、さらに残留収差を低減させたいときは、信号数を増やしてセグメント電極毎に異なる電圧を印加できるようにすればよい。
図4に示す分割電極パターンとは異なるパターンとして例えば、セグメント電極42だけを他のセグメント電極から絶縁させ、新たな外部の信号源と接続して独立に制御することもでき、信号数は1つ増加するもののさらに残留収差は低減する。
【0033】
次に、本発明における位相補正素子の電極材料に関して述べる。電圧降下型電極の低抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρと高抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρの比ρ/ρを1000以上にする。ρが小さ過ぎるときは、高抵抗電極にも比較的大きな電流が流れ、高抵抗電極と接している低抵抗電極内で電圧降下が生じて、所望の電圧分布を得ることが困難となることがある。一方、ρが大き過ぎるときは、高抵抗電極の導電性がなくなるため電位分布は発生しない。したがって、以上の条件を満足するためにはρは10Ω/□〜10Ω/□程度がよい。一方、ρはできるだけ小さくする方が高抵抗電極の許容抵抗範囲が大きくなるため、好ましくは1Ω/□〜100Ω/□程度がよい。
【0034】
低抵抗電極の材料としては、銅、金、アルミニウム、クロムなどの金属材料が導電性・耐久性の点では好ましいが、電極部分で遮光されるため透過率が低下する。したがって、透明導電膜を使用することが好ましい。例えばITO膜など比抵抗の小さな透明導電膜を用いることは、上述した低抵抗電極の抵抗値と高抵抗電極の抵抗値との比の条件を満足しかつ透過率も高いため好ましい。また、低抵抗電極に外部の位相補正素子制御回路より、電圧を印加するための電極引出部27上の配線材料はITO膜のような透明導電膜でもよく、クロムやニッケルのような金属膜でもよい。特にニッケルなどハンダで接続できる金属の場合、外部からの信号線を容易にハンダで接続でき好ましい。
【0035】
一方、高抵抗電極の材料としては、透明でありかつ低抵抗電極の材料に比べシート抵抗が高い必要がある。例えばガリウム、アルミニウム、シリコン、イットリウム、インジウムなどの元素を1種または複数種ドープした酸化亜鉛膜や、アンチモン、インジウム、ガリウムなどの元素を1種または複数種ドープした酸化錫膜や、ITO膜などがよい。
【0036】
上記の元素がドープされた酸化亜鉛膜や酸化錫膜は、ITO膜に比べ容易に高抵抗膜が得られるため好ましい。特に、上記の元素がドープされた酸化亜鉛膜は高比抵抗でありながらエッチング性も良好であり、光の透過率、耐久性に優れている点で本発明の光ヘッド装置における好適な材料である。ITO膜を低抵抗電極と高抵抗電極の両方に用いる場合は、比抵抗が異なる膜にする方が膜厚を制御しやすいため好ましい。
【0037】
一方、分割電極の透明導電膜の材料は電圧降下型電極と同様にITOやガリウム、インジウム、アンチモンなどがドープされた酸化錫や酸化亜鉛など用いることができる。しかしITOを用いる方が、膜抵抗が低くできる上、透過率が高いため好ましい。
【0038】
また、上記の低抵抗電極は外側、中間、内側の3つの低抵抗電極からなり、光ヘッド装置を構成する対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との平均値の比が0.7から0.85までであり、かつ対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との差の比が0.02から0.14までである上記の光ヘッド装置とすることによって、光ヘッド装置は適切に球面収差を補正できるために好ましい。
【0039】
【実施例】
本実施例の光ヘッド装置は、光ディスクの厚み変動、対物レンズや光学系の調整誤差などにより生ずる球面収差を補正する位相補正素子を備えている。図1に示す光ヘッド装置に位相補正素子4を組み込み、5つの電気信号源を有する位相補正素子制御回路10と電気的に接続した。光源である半導体レーザ1からの出射光の波長は405nmであり、対物レンズ6のNAは0.85、瞳径は直径3mmである。本例の位相補正素子の素子構造は図2に示したものと同じである。
【0040】
透明基板である厚さ0.5mmの無アルカリガラス基板の表面上にマグネトロンスパッタリング法により比抵抗5×10−6Ω・mのITO膜を成膜して、フォトリソグラフィーとエッチングの技術によりこのITO膜にパターニングを行い、図3に示した電圧降下型電極の低抵抗電極31〜33と図4に示した分割電極を形成した。そして、低抵抗電極の中心と分割電極の中心とが光軸上にあるよう配された。
【0041】
低抵抗電極31〜33のシート抵抗値は50Ω/□、分割電極のシート抵抗値は300Ω/□であり、分割電極の各セグメント電極間隔は5μmとした。その後、電圧降下型電極にはガリウムがドープされた酸化亜鉛膜をマグネトロンスパッタリング法により成膜して透明な高抵抗電極30(比抵抗5×10 3Ω・m)を形成した。高抵抗電極30のシート抵抗値が1×10Ω/□であり、低抵抗電極31〜33のシート抵抗値との比は、2000対1であった。本実施例では図2の電極24aを電圧降下型電極とし、電極24bを分割電極とした。
【0042】
その後、電極24a、24bの表面にはシリカを主成分とする絶縁膜25をスピンコート法により形成した後、ポリイミドを主成分とする配向膜26を同じくスピンコート法により形成した。このとき、作製した2枚の無アルカリガラス基板を、4μmのガラス製スペーサが混入されたエポキシ系のシール材を用いて図2に示すセル構造になるよう重ね合わせた。このセルのガラス基板間には常光屈折率と異常光屈折率との差Δnが0.15のネマティック液晶を注入し、注入口を封止して液晶セルを形成した。なお、配向膜26は液晶層23がホモジニアス配向になるよう事前にラビング処理されている。また、ガラス基板の外側表面に反射防止膜(図示せず)をコートした。
【0043】
低抵抗電極31は内径0.7mm、外径0.8mm、低抵抗電極32は内径2.2mm、外径2.5mm、低抵抗電極33は内径3.2mm、外径4.2mmの光軸を中心とした円環状を有しており、同じ透明導電膜材料で形成された配線により電極引出部27から位相補正素子制御回路10に接続されており、信号1〜3を用いて各々の低抵抗電極に任意の電圧を供給できる。ここで、瞳半径(1.5mm)に対する、中間の低抵抗電極32の内半径と外半径との平均値(1.17)の比が0.78であって0.7と0.85の間にあり、また瞳半径(1.5mm)に対する、中間の低抵抗電極32の内半径と外半径との差(0.15)の比が0.1であって0.02と0.14の間にあった。
【0044】
一方、図4に示す分割電極は、光軸を中心として内側より直径0.6mm、1.0mm、1.7mm、2.4mm、2.6mm、2.9mmの同心円状のセグメント電極41〜47に分割されている。セグメント電極41、43、45、47は同じ透明導電膜材料で形成された配線49により導通されており、位相補正素子制御回路10が発生する信号5により等しい電圧が供給された。同様にセグメント電極42、44、46も配線48により導通され信号4により等しい電圧が供給された。
【0045】
本実施例における位相補正素子は5つの電気信号により制御され、電気信号は周波数1kHzの矩形交流であり、電圧降下型電極用の信号1、2、3同士、および分割電極用の信号4、5同士はそれぞれ同位相であり、信号1、2、3と信号4、5とは位相がπずれている。したがって、例えば信号1、2、3の電圧をV[Vrms]、信号4、5をV[Vrms]とすると、電極間に印加される電圧はV+V[Vrms]となり液晶分子を駆動する。
【0046】
次に本実施例における位相補正素子により球面収差を補正する原理を説明する。図5のBは対物レンズのNAが0.85、光源の波長が405nmの光学系において、光ディスクの厚さが設計値の0.1mmより0.01mm厚くなった場合に発生する波面収差(球面収差)の半径方向分布を示すグラフである。球面収差は軸対称なので、図5のBに示した波面収差が瞳半径0つまり光軸を回転対称軸として分布していると考えればよい。
【0047】
0.01mmの光ディスク厚み変動により発生する球面収差を位相補正素子により補正するために、低抵抗電極31、33に1.3Vrms、低抵抗電極32に1.1Vrms、セグメント電極41〜47に電圧0.5Vrmsを印加した。したがって、液晶層に印加される実効電圧は、低抵抗電極31、33で1.8Vrms、低抵抗電極32で1.6Vrmsとなり、高抵抗電極30の面内においては電圧幅0.2Vrmsで連続的に変化する電圧分布が生じた。前述の説明と同様に、電圧に応じて液晶分子の配向方向が分布するため、位相補正素子は同心円状の波面変化を発生することができて、その半径方向分布は図4のBのようになる。
【0048】
ここで球面収差Aの大きさに応じて信号1〜3の電圧を決めているので、球面収差Aと位相補正素子により発生する球面収差Bは相殺する結果、光ディスク面上での波面収差はCのようになり低減する。補正前の球面収差は約0.1λrmsであったが、位相補正素子を用いて補正した結果、約0.018λrmsに減少した。
【0049】
一方、光ディスクの厚さが0.01mmだけ薄い場合には、図5のAとは正負が逆転した球面収差を補正するために、低抵抗電極31、33に1.1Vrms、低抵抗電極32に1.3Vrmsを印加すればよい。これにより、位相補正素子によって発生する波面変化も図5のBの正負を逆転した形になるため、球面収差を相殺できる。
【0050】
次に図5のCで示される補正後の残留収差を改善するために、電圧降下型電極への印加電圧は変えずに、分割電極を構成するセグメント電極のうちセグメント電極41、43、45、47に0.48Vrms、セグメント電極42、44、46に0.52Vrmsを印加した。これにより分割電極のセグメント電極毎に0.04Vrmsの電圧差が生じる結果、液晶層の実質的な屈折率分布も変化する。図6の62は、この電圧差が生じたときの残留収差を表すグラフで、波面収差として表わしている。セグメント電極41〜47全てに等しく0.5Vrms印加したときの61に比べ残留収差が低減している様子がわかる。このとき、先に示した補正後の波面収差約0.018λrmsは0.009λrmsまで半減された結果、光ディスクへの情報の記録、再生特性がさらに向上した。
【0051】
以上のように低抵抗電極31〜33、セグメント電極41〜47に適切な電圧を印加することにより球面収差を精度良く補正できた。また、低抵抗電極31、33は常に等しい電圧を印加しても、光学特性上大きく影響しないために、低抵抗電極31、33を導通させて1つの電源に接続させてもよく、この場合4つの外部信号で動作させることができる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド装置においては、液晶層を挟持して位相補正素子を構成する一対の透明基板のそれぞれに形成された電極の一方を、同心円状に配置した3つの円環状の低抵抗電極と少なくとも低抵抗電極間に配された高抵抗電極とで構成し、他方の電極を同心円状に分割された複数のセグメント電極からなる分割電極により構成する位相補正素子を搭載する。
【0053】
この構成を有する位相補正素子は、球面収差形状にほぼ一致した波面変化を発生させることができるため、この位相補正素子を搭載した本発明の光ヘッド装置を用いることにより、光ディスク厚み誤差に起因する球面収差を効率よく補正でき、ノイズの少ない良好な信号光を得ることができる。さらに、従来と比べて少ない外部信号源により動作させることができるため、低いコストの光ヘッド装置を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念図。
【図2】本発明における位相補正素子の構成の一例を示す断面図。
【図3】本発明における位相補正素子の電圧降下型電極パターンの一例を示す平面図。
【図4】本発明における位相補正素子の分割電極パターンの一例を示す平面図。
【図5】本発明における分割電極を構成するセグメント電極に同じ電圧を印加した場合における位相補正素子により発生した波面収差による球面収差補正の一例を示すグラフ。(Aは補正を要する球面収差、Bは位相補正素子により発生した波面変化、Cは補正後の波面収差、Dは低抵抗電極31に相当する領域、Eは低抵抗電極32に相当する領域)
【図6】本発明における分割電極を構成するセグメント電極に複数の電圧を印加した場合に位相補正素子により発生した波面収差による球面収差補正の一例を示すグラフ。D41〜D47はセグメント電極41〜47に相当する領域)
【符号の説明】
1:半導体レーザ
2:偏光ビームスプリッタ
3:コリメートレンズ
4:位相補正素子
5:4分の1波長板
6:対物レンズ
7:アクチュエータ
8:光ディスク
9:光検出器
10:位相補正素子制御回路
21a、21b:ガラス基板
22:シール材
23:液晶層
24a、24b:電極
25:絶縁膜
26:配向膜
27:電極引出部
28:液晶分子
30:高抵抗電極
31〜33:低抵抗電極
41〜47:セグメント電極
48、49:配線
61、62:残留波面収差
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head device, and more particularly to an optical head device that records and reproduces information on an optical recording medium such as an optical disk.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to increase the recording density of an optical disc, it has been put into practical use to shorten the wavelength of light emitted from a semiconductor laser, which is a light source, or to increase the numerical aperture (NA) of an objective lens. In the next generation optical recording, it has been proposed to obtain a higher recording density by setting the wavelength of the light source to about 405 nm and the NA to 0.85. However, due to the shorter wavelength of the light source and the higher NA of the objective lens, the allowable amount of variation in the thickness of the optical disk is reduced.
[0003]
The reason why the allowable amount is small is that spherical aberration is generated in proportion to the thickness variation of the optical disk, and therefore, the condensing characteristic of the optical head device is deteriorated and it becomes difficult to read the signal. In addition, in the case of a multilayer recording system in which different layers of the optical disc are used as recording layers, spherical aberration is generated based on the spacing between the layers, and means for correcting the spherical aberration is necessary.
[0004]
The following methods have been proposed as means for correcting spherical aberration. One is a method that mechanically changes the position of the collimating lens according to the amount of spherical aberration that occurs, generates spherical aberration with the objective lens, and cancels the spherical aberration that occurs due to the thickness error of the optical disc (mechanical method). There is. In the case of this mechanical system, there is a drawback that the configuration of the optical head device is complicated or large because a mechanically movable part of the collimating lens is required.
[0005]
As another method, there is a method (electric method) for correcting wavefront aberration by applying a voltage to a phase correction element provided in an optical path between an objective lens and a light source. In the case of this electric method, since there are no machine movable parts compared to the mechanical method, it is excellent in reliability such as reduction in size and weight and vibration. Japanese Patent Laid-Open No. 10-20263 discloses an example of correcting wavefront aberration using a phase correction element. In this example, as a method for correcting coma generated by the tilt of the optical disk, the orientation of the liquid crystal sandwiched between a pair of substrates constituting the phase correction element is controlled by changing the voltage applied to the divided electrodes. Then, the coma aberration generated by changing the wavefront of the transmitted light is corrected.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional phase correction element, since the amount of change in the wavefront of the transmitted light is the same when focusing on one divided electrode, the obtained wavefront shape is applied to the number of divided electrodes (number of divided electrodes) and the divided electrodes. Depends on the number of signals. Therefore, in order to correct continuously changing wavefront aberration with high accuracy, it is necessary to increase the number of divided electrodes and control with a large number of external signal sources (external power supplies). Problems arise. Therefore, a phase correction element having a simple electrode structure and continuously changing the wavefront of transmitted light with a small number of external power sources has been desired. In particular, it has been desired to correct a region having a large amount of change in wavefront aberration, such as a peripheral portion of spherical aberration, with a continuous wavefront change.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention has been made to solve the above-described problems, and is provided between a light source, an objective lens for condensing emitted light from the light source on an optical recording medium, and the light source and the objective lens. An optical head device comprising a phase correction element for changing the wavefront of the emitted light and a control voltage generating means for outputting a voltage for changing the wavefront to the phase correction element. A liquid crystal layer sandwiched between a pair of formed transparent substrates is provided, and the electrodes of one of the transparent substrates are arranged concentrically 3HornThe ratio of the sheet resistance value to the low resistance electrode is 1000 or more, which is arranged between the annular low resistance electrode and at least the adjacent low resistance electrode and conductively connects the adjacent low resistance electrodes.And the sheet resistance value is 10 3 Ω / □ to 10 7 Up to Ω / □And a high resistance electrodeThe three annular low-resistance electrodes are composed of three low-resistance electrodes on the outside, the middle, and the inside that are connected to an external signal source so that different voltages can be supplied. The ratio of the average value of the inner radius and the outer radius of the electrode is 0.7 to 0.85, and the ratio of the difference between the inner radius and the outer radius with respect to the pupil radius of the objective lens is 0.02. Up to 0.14,The electrode of the other transparent substrate includes a divided electrode composed of a plurality of segment electrodes in which a planar electrode is concentrically divided, and the center of the low resistance electrode and the center of the divided electrode are on the optical axis.And the plurality of segment electrodes are divided into a first segment electrode group and a second segment electrode group disposed between adjacent segment electrodes constituting the first segment electrode group. Each group is conductively connected so that different voltages can be applied between the electrodes of the transparent substrate facing each other and each segment electrode group.An optical head device is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the principle configuration of an optical head device according to the present invention, which records and reproduces information on an optical disc as an optical recording medium. The light emitted from the semiconductor laser 1 as the light source passes through, for example, a hologram type polarization beam splitter 2, then becomes parallel light by the collimator lens 3, passes through the phase correction element 4, and then passes through the quarter-wave plate 5. Then, the light is reflected in the 90 ° direction by the rising mirror 11 and condensed on the optical disk 8 by the objective lens 6 installed in the actuator 7.
[0009]
The condensed light is reflected by the optical disk 8 and sequentially passes through the objective lens 6, the rising mirror 11, the quarter-wave plate 5, the phase correction element 4, and the collimating lens 3 in the reverse order to the polarized light beam. The light is diffracted by the splitter 2 and enters the photodetector 9. When the light emitted from the semiconductor laser 1 is reflected by the optical disc 8, the reflected light is amplitude-modulated by the information recorded on the surface of the optical disc 8, and the recorded information is read as a light intensity signal by the photodetector 9. Can do. When recording information on the optical disk 8, the laser output of the semiconductor laser 1 is modulated and information is recorded on the recording film of the optical disk 8.
[0010]
A voltage is output by the phase correction element control circuit 10 which is a control voltage generating means toward the phase correction element 4 so that, for example, the intensity of the reproduction signal of the optical disk 8 obtained from the photodetector 9 is optimized. The voltage output from the phase correction element control circuit 10 is a voltage to be applied to the electrode of the phase correction element 4 in accordance with a thickness error of the optical disk, a shift of an optical system such as an objective lens, or a spherical aberration generated from a multilayer optical disk.
[0011]
Next, the configuration of the phase correction element used in the present invention will be described with reference to the sectional view of FIG. Glass substrates 21a and 21b are bonded to each other by a sealing material 22 mainly composed of an epoxy resin, for example, to form a liquid crystal cell. Examples of materials other than glass in the substrate to be used include acrylic resins, epoxy resins, vinyl chloride resins, polycarbonates, and the like, and glass substrates are preferable from the viewpoint of durability.
[0012]
The sealing material 22 includes, for example, a glass spacer and, for example, a conductive spacer having a resin surface coated with gold or the like. On the inner surface of the glass substrate 21a, there are an electrode 24a from the inner surface, an insulating film 25 mainly composed of silica and the alignment film 26 in this order, and on the inner surface of the glass substrate 21b, the electrode 24b and silica from the inner surface. An insulating film 25 and an alignment film 26 mainly composed of, for example, are coated in this order. The insulating film 25 is for preventing a short circuit between the electrodes due to the conductive foreign matter, and may be omitted. Further, an antireflection film may be coated on the outer surfaces of the glass substrates 21a and 21b.
[0013]
The electrode 24a is provided with a pattern wiring so that the electrode lead-out portion 27 can be connected to the phase correction element control circuit by a connection line. The electrode 24b is electrically connected to the electrode 24a formed on the glass substrate 21a by the conductive spacer coated with the above-described gold or the like. Therefore, the electrode 24b is connected to the phase correction element by the connection line at the electrode lead-out portion 27. Can be connected to the control circuit.
[0014]
Liquid crystal 23 is filled in the liquid crystal cell. The material of the liquid crystal to be used is nematic liquid crystal used for a liquid crystal display or the like, and uniform homogeneous alignment is preferable so that the polarization does not change depending on the applied voltage. The liquid crystal molecules 28 shown in FIG. 2 are in a homogeneous alignment state aligned in one direction.
[0015]
As a material for the alignment film, it is preferable that the pretilt angle of the liquid crystal molecules 28 is 2 to 10 °. A polyimide film that is rubbed in the horizontal direction parallel to the paper surface of FIG. Is good. In addition, it is preferable to increase the difference between the ordinary light refractive index and the extraordinary light refractive index of the liquid crystal so as to reduce the interval between the liquid crystal cells because the responsiveness can be improved. However, as the distance between the liquid crystal cells becomes smaller, it becomes more difficult to manufacture the liquid crystal cell. Therefore, the difference between the ordinary light refractive index and the extraordinary light refractive index of the liquid crystal is 0.1 to 0.2, and the distance between the liquid crystal cells is about 2 to 5 μm. It is preferable that
The material of the electrodes 24a and 24b is preferably high in transmittance, and a transparent conductive film such as an ITO film, a zinc oxide film, or a tin oxide film may be used. The material, physical properties, formation method, and the like of the electrodes 24a and 24b will be described in detail later.
[0016]
The configuration necessary for the function of changing the wavefront using the phase correction element has been described above. By laminating a plate optical element such as a wave plate or a polarization hologram on the phase correction element 4, the wave plate 5 or the polarization beam splitter is stacked. The phase correction element 4 can have both functions. In this case, the number of optical components constituting the optical head device is reduced, so that assembly and adjustment are simplified, and productivity is improved, which is preferable. When laminating the wave plate, it may be laminated directly on the glass substrate of the phase correction element, or after laminating the wave plate on another glass substrate.
[0017]
In addition, it is preferable that an optical head device in which the phase correction element and the objective lens are integrally formed is used. The reason for this is that when a lens shift occurs in which the objective lens moves in a plane perpendicular to the optical axis due to tracking or the like, and the phase correction element and the objective lens are not integrated, the phase of the spherical aberration generated by the optical disc This is because the wavefront aberration (spherical aberration) generated by the correction element is displaced by the amount of lens shift, and the spherical aberration cannot be corrected appropriately.
[0018]
In order to obtain an optical head device in which the phase correction element and the objective lens are integrally formed, the phase correction element may be fixed to an actuator holding the objective lens. In this case, it is preferable to reduce the weight of the phase correction element or use a light and easy to connect signal leader line such as a wire so as not to affect the control characteristics of the actuator.
[0019]
Next, a method for correcting spherical aberration using the phase correction element of the present invention will be described. FIG. 3 is a plan view showing an example of a voltage drop electrode pattern for correcting spherical aberration, and is formed on one of the electrodes 24a and 24b shown in FIG. Reference numerals 31 to 33 are low resistance electrodes, and 30 is a high resistance electrode. FIG. 4 is a plan view showing an example of a divided electrode pattern for reducing residual aberration. Of the electrodes 24a and 24b, the divided electrode pattern is formed on the electrode on which the voltage drop electrode pattern is not formed. Further, the center of the low resistance electrode and the center of the split electrode are arranged on the optical axis.
[0020]
The hatched portion in FIG. 3 is a high resistance electrode 30 formed of a transparent conductive film, for example, a uniform electrode without division. The black portions are low resistance electrodes 31 to 33 for supplying a voltage to the high resistance electrode 30, and the inner diameter and the outer diameter are arranged concentrically around the optical axis. The high resistance electrode 30 and the low resistance electrodes 31 to 33 are conductively connected. Therefore, a high resistance electrode may be arranged between adjacent low resistance electrodes, and the adjacent low resistance electrodes may be conductively connected. That is, the high resistance electrode may be in contact with the low resistance electrode sandwiching the high resistance electrode.
[0021]
The low resistance electrodes 31 to 33 are connected to a signal source (not shown) outside the phase correction element by wiring and can supply an arbitrary voltage by the signals 1 to 3, respectively. In FIG. 4, reference numerals 41 to 47 are segment electrodes constituting divided electrodes, and reference numerals 48 and 49 are wirings.
[0022]
Sheet resistance ρ of electrode material forming low resistance electrodeLSheet resistance of electrode material forming high resistance electrode against ρHRatio of ρH/ ΡLWhen the value is 1000 or more, since the resistance is lower in the low resistance electrode than in the high resistance electrode, the potential becomes equal in the low resistance electrode. On the other hand, in the plane of the high resistance electrode 30, a weak current flows due to the potential difference between the low resistance electrodes 31 and 32, and 32 and 33, resulting in a voltage drop. Symmetric potential distribution occurs. The electrode material and sheet resistance will be described in detail later.
[0023]
Since the orientation direction of the liquid crystal molecules changes according to the effective voltage (potential difference) between the opposing electrodes, the effective refractive index distribution of the liquid crystal is generated in the high resistance electrode 30 if all the potentials of the opposing divided electrodes are made equal. It almost matches the voltage distribution. Therefore, if the low resistance electrodes 31 to 33 are configured so that the voltage distribution generated in the high resistance electrode 30 corresponds to the wavefront aberration distribution to be corrected, both can be canceled and the wavefront aberration can be corrected.
[0024]
FIG. 5 is a graph showing an example of spherical aberration correction due to wavefront aberration generated by the phase correction element according to the present invention, in which the potentials of the segment electrodes constituting the divided electrodes are all equal. A is a spherical aberration distribution that needs to be corrected due to an optical disc thickness variation or an optical system error, B is a phase difference distribution for correcting spherical aberration generated by the phase correction element, and C is a residual remaining after correction. Aberration distribution. The horizontal axis is the pupil radius centered on the optical axis, and is normalized by the radius of the incident light beam.
[0025]
In order to correct the spherical aberration distribution A, the dimensions of the low resistance electrodes 31 to 33 and the applied voltages of the signals 1 to 3 are appropriately set, so that the spherical aberration distribution is obtained by the phase difference distribution B having the opposite sign and substantially the same shape. A can be offset and corrected. Here, the positions of the region D and the region E in the phase difference distribution B correspond to the positions of the low resistance electrodes 31 (including the inside) and 32 shown in FIG. 3, respectively, and the position of the low resistance electrode 33 is shown in FIG. This is not shown in order to correspond to a position having a pupil radius of 1 or more.
[0026]
When the positions of the low resistance electrodes 31 and 32 are changed, the wavefront aberration distribution B generated is also changed. Therefore, in order to correct with high accuracy, it is necessary to determine the positions and sizes of the low resistance electrodes 31 and 32 so as to match the shape of the spherical aberration distribution A. On the other hand, the radius of the incident light beam on the phase correction element surface is set to 1, whereas the radius of the low resistance electrode 31 is 0.2 to 0.3, and the average radius of the inner radius and the outer radius of the annular low resistance electrode 32 is A value of 0.7 to 0.85 is preferable because spherical aberration can be corrected efficiently. In particular, when the radius of the low resistance electrode 31 is 0.21 and the average radius of the low resistance electrode 32 is 0.74, the maximum correction effect can be obtained, which is extremely preferable.
[0027]
As described above, the case where the divided electrodes are made equipotential has been described. In this case, the residual aberration shown in FIG. 5C remains. Since the magnitude of this residual aberration is proportional to the magnitude of the spherical aberration to be corrected, it cannot be ignored when correcting a large spherical aberration such as an interlayer gap in a multilayer recording disk. Therefore, the effect of reducing residual aberration by the phase correction element in the present invention will be described below.
[0028]
The divided electrode shown in FIG. 4 is composed of a plurality of segment electrodes 41 to 47 that are concentric and obtained by etching a uniform transparent conductive film. As a method of dividing the electrode, for example, a photolithography technique and an etching technique can be used. Since the transparent conductive film is removed by etching between one adjacent segment electrode and another segment electrode, that is, at a division interval, there is no conduction between different segment electrodes. However, in the phase correction element according to the present invention, wiring is made by a transparent conductive film inside the electrodes so that several segment electrodes are conductive, thereby reducing the number of signals.
[0029]
That is, a plurality of segment electrodes are divided into two segment electrode groups, and each segment electrode group is conductively connected so that different voltages can be applied between the electrodes of the transparent substrate facing each other and each segment electrode group. It is configured. This configuration is preferable because the number of control voltage generating means can be reduced.
[0030]
In the example shown in FIG. 4, the segment electrodes 41, 43, 45, and 47 form one segment electrode group, and are conducted by the wiring 49 arranged in the left-right direction in the drawing and are connected to an external signal source. An arbitrary voltage can be applied. Similarly, other segment electrode groups are formed for the segment electrodes 42, 44, and 46. The segment electrodes 42, 44, and 46 are electrically connected by an interconnection 48 and connected to an external signal source.
[0031]
FIG. 6 is a wavefront aberration distribution representing residual aberration when spherical aberration is corrected using the phase correction element of the present invention. Also in this figure, the pupil radius is normalized by the incident light beam radius. The residual aberration is 61 when all the segment electrodes described above are equipotential, and the residual aberration is 62 when different voltages are supplied as the signals 4 and 5 shown in FIG. Here, the regions D41 to D47 correspond to the segment electrodes 41 and 42 to 47, respectively. That is, D41 is a domain 41.
[0032]
By appropriately setting the radius of the segment electrode according to the shape of the residual aberration and generating a potential difference between the segment electrodes, the unevenness of the residual aberration shown in 61 can be smoothed, and the residual aberration can be reduced. Here, the segment electrodes 41, 43, 45, and 47 are set to the same potential, and the segment electrodes 42, 44, and 46 are set to a different potential. However, to further reduce the residual aberration, the number of signals is increased. What is necessary is just to enable it to apply a different voltage for every segment electrode.
As a pattern different from the divided electrode pattern shown in FIG. 4, for example, only the segment electrode 42 can be isolated from other segment electrodes and connected to a new external signal source to be controlled independently, and the number of signals is one. Although it increases, the residual aberration is further reduced.
[0033]
Next, the electrode material of the phase correction element in the present invention will be described. Sheet resistance ρ of electrode material forming low resistance electrode of voltage drop type electrodeLAnd sheet resistance ρ of the electrode material forming the high resistance electrodeHRatio of ρH/ ΡLTo 1000 or more. ρHIs too small, a relatively large current flows through the high-resistance electrode, and a voltage drop may occur in the low-resistance electrode in contact with the high-resistance electrode, making it difficult to obtain the desired voltage distribution. . On the other hand, ρHWhen is too large, the electrical resistance of the high resistance electrode is lost, and no potential distribution is generated. Therefore, to satisfy the above conditions, ρH103Ω / □ -107Ω / □ is good. On the other hand, ρLSince the allowable resistance range of the high-resistance electrode is increased when it is made as small as possible, it is preferably about 1Ω / □ to 100Ω / □.
[0034]
As a material for the low resistance electrode, a metal material such as copper, gold, aluminum, or chromium is preferable in terms of conductivity and durability, but the transmittance is lowered because light is shielded by the electrode portion. Therefore, it is preferable to use a transparent conductive film. For example, it is preferable to use a transparent conductive film having a small specific resistance, such as an ITO film, because the above-described condition of the ratio between the resistance value of the low resistance electrode and the resistance value of the high resistance electrode is satisfied and the transmittance is high. The wiring material on the electrode lead-out portion 27 for applying a voltage to the low resistance electrode from an external phase correction element control circuit may be a transparent conductive film such as an ITO film, or a metal film such as chromium or nickel. Good. In particular, a metal such as nickel that can be connected by solder is preferable because an external signal line can be easily connected by solder.
[0035]
On the other hand, the material of the high resistance electrode needs to be transparent and have a higher sheet resistance than the material of the low resistance electrode. For example, a zinc oxide film doped with one or more elements such as gallium, aluminum, silicon, yttrium, and indium, a tin oxide film doped with one or more elements such as antimony, indium, and gallium, an ITO film, etc. Is good.
[0036]
A zinc oxide film or a tin oxide film doped with the above elements is preferable because a high resistance film can be obtained more easily than an ITO film. In particular, the zinc oxide film doped with the above elements is a suitable material for the optical head device of the present invention in that it has a high specific resistance and good etching properties, and is excellent in light transmittance and durability. is there. When the ITO film is used for both the low resistance electrode and the high resistance electrode, it is preferable to use films having different specific resistances because the film thickness can be easily controlled.
[0037]
On the other hand, as the material of the transparent conductive film of the divided electrode, tin oxide or zinc oxide doped with ITO, gallium, indium, antimony, or the like can be used as in the voltage drop type electrode. However, it is preferable to use ITO because the film resistance can be lowered and the transmittance is high.
[0038]
The low resistance electrode is composed of three low resistance electrodes, outer, middle and inner, and the ratio of the average value of the inner radius and the outer radius of the intermediate low resistance electrode to the pupil radius of the objective lens constituting the optical head device. The above optical head device has a ratio of 0.7 to 0.85 and the ratio of the difference between the inner radius and the outer radius of the intermediate low resistance electrode with respect to the pupil radius of the objective lens is 0.02 to 0.14 Therefore, the optical head device is preferable because it can appropriately correct the spherical aberration.
[0039]
【Example】
The optical head device of this embodiment includes a phase correction element that corrects spherical aberration caused by fluctuations in the thickness of the optical disk, adjustment errors of the objective lens and the optical system, and the like. The phase correction element 4 is incorporated in the optical head device shown in FIG. 1, and is electrically connected to a phase correction element control circuit 10 having five electric signal sources. The wavelength of the emitted light from the semiconductor laser 1 as the light source is 405 nm, the NA of the objective lens 6 is 0.85, and the pupil diameter is 3 mm. The element structure of the phase correction element of this example is the same as that shown in FIG.
[0040]
A specific resistance of 5 × 10 5 is formed on the surface of a non-alkali glass substrate having a thickness of 0.5 mm, which is a transparent substrate, by magnetron sputtering.-6An ITO film of Ω · m is formed, and this ITO film is patterned by photolithography and etching techniques, and the voltage drop type low resistance electrodes 31 to 33 shown in FIG. 3 and the division shown in FIG. An electrode was formed. The center of the low resistance electrode and the center of the split electrode are arranged on the optical axis.
[0041]
The sheet resistance value of the low resistance electrodes 31 to 33 was 50Ω / □, the sheet resistance value of the divided electrodes was 300Ω / □, and the interval between the segment electrodes of the divided electrodes was 5 μm. Thereafter, a zinc oxide film doped with gallium is formed on the voltage drop electrode by a magnetron sputtering method to form a transparent high-resistance electrode 30 (specific resistance 5 × 10 5 ThreeΩ · m). The sheet resistance value of the high resistance electrode 30 is 1 × 105Ω / □, and the ratio of the low resistance electrodes 31 to 33 to the sheet resistance value was 2000: 1. In this embodiment, the electrode 24a in FIG. 2 is a voltage drop type electrode, and the electrode 24b is a divided electrode.
[0042]
Thereafter, an insulating film 25 containing silica as a main component was formed on the surfaces of the electrodes 24a and 24b by spin coating, and an alignment film 26 containing polyimide as a main component was also formed by spin coating. At this time, the two produced alkali-free glass substrates were overlapped to form a cell structure shown in FIG. 2 using an epoxy-based sealing material mixed with a 4 μm glass spacer. Between the glass substrates of this cell, nematic liquid crystal having a difference Δn between ordinary light refractive index and extraordinary light refractive index of 0.15 was injected, and the injection port was sealed to form a liquid crystal cell. The alignment film 26 is rubbed in advance so that the liquid crystal layer 23 has a homogeneous alignment. Further, an antireflection film (not shown) was coated on the outer surface of the glass substrate.
[0043]
  The low resistance electrode 31 has an inner diameter of 0.7 mm and an outer diameter of 0.8 mm, the low resistance electrode 32 has an inner diameter of 2.2 mm and an outer diameter of 2.5 mm, and the low resistance electrode 33 has an inner diameter of 3.2 mm and an outer diameter of 4.2 mm. It has an annular shape centered on the electrode, and the electrode is drawn out by wiring formed of the same transparent conductive film materialPart 27 to the phase correction element control circuit 10, and an arbitrary voltage can be supplied to each low resistance electrode using signals 1 to 3. Here, the ratio of the average value (1.17) of the inner radius and the outer radius of the intermediate low-resistance electrode 32 to the pupil radius (1.5 mm) is 0.78, which is 0.7 and 0.85. The ratio of the difference (0.15) between the inner radius and the outer radius of the intermediate low-resistance electrode 32 to the pupil radius (1.5 mm) is 0.1, 0.02 and 0.14 It was between.
[0044]
On the other hand, the segmented electrodes shown in FIG. 4 have concentric segment electrodes 41 to 47 having diameters of 0.6 mm, 1.0 mm, 1.7 mm, 2.4 mm, 2.6 mm, and 2.9 mm from the inside centering on the optical axis. It is divided into The segment electrodes 41, 43, 45, and 47 are electrically connected by the wiring 49 formed of the same transparent conductive film material, and an equal voltage is supplied by the signal 5 generated by the phase correction element control circuit 10. Similarly, the segment electrodes 42, 44, 46 are also conducted by the wiring 48, and an equal voltage is supplied by the signal 4.
[0045]
The phase correction element in this embodiment is controlled by five electric signals, and the electric signal is a rectangular alternating current with a frequency of 1 kHz, and the signals 1, 2, and 3 for the voltage drop type electrodes, and the signals 4 and 5 for the divided electrodes. The signals have the same phase, and the signals 1, 2, 3 and signals 4, 5 are out of phase by π. Thus, for example, the voltage of signals 1, 2, 3 is V1[Vrms], Signals 4 and 5 are V2[Vrms], The voltage applied between the electrodes is V1+ V2[Vrms] To drive the liquid crystal molecules.
[0046]
Next, the principle of correcting spherical aberration by the phase correction element in this embodiment will be described. FIG. 5B shows a wavefront aberration (spherical surface) that occurs when the optical disk thickness is 0.01 mm thicker than the designed value of 0.1 mm in an optical system in which the NA of the objective lens is 0.85 and the wavelength of the light source is 405 nm. It is a graph which shows radial direction distribution of (aberration). Since the spherical aberration is axially symmetric, it can be considered that the wavefront aberration shown in FIG. 5B is distributed with the pupil radius 0, that is, the optical axis as a rotationally symmetric axis.
[0047]
In order to correct the spherical aberration caused by the optical disk thickness variation of 0.01 mm by the phase correction element, 1.3 V is applied to the low resistance electrodes 31 and 33.rms1.1V to the low resistance electrode 32rms, Segment electrodes 41 to 47 with voltage 0.5VrmsWas applied. Therefore, the effective voltage applied to the liquid crystal layer is 1.8 V at the low resistance electrodes 31 and 33.rms1.6V with low resistance electrode 32rmsIn the plane of the high resistance electrode 30, the voltage width is 0.2V.rmsA voltage distribution that varies continuously at the same time occurred. Similar to the above description, since the alignment direction of the liquid crystal molecules is distributed according to the voltage, the phase correction element can generate a concentric wavefront change, and its radial distribution is as shown in B of FIG. Become.
[0048]
Here, since the voltages of the signals 1 to 3 are determined in accordance with the magnitude of the spherical aberration A, the spherical aberration A and the spherical aberration B generated by the phase correction element cancel each other. As a result, the wavefront aberration on the optical disk surface is C. It will be reduced. The spherical aberration before correction is about 0.1λrmsHowever, as a result of correction using the phase correction element, about 0.018λrmsDecreased.
[0049]
On the other hand, when the thickness of the optical disk is as thin as 0.01 mm, 1.1 V is applied to the low resistance electrodes 31 and 33 in order to correct spherical aberration whose polarity is reversed from that of A in FIG.rms1.3V for the low resistance electrode 32rmsMay be applied. As a result, the wavefront change generated by the phase correction element also takes the form of reversing the sign of B in FIG.
[0050]
Next, in order to improve the residual aberration after correction shown by C in FIG. 5, segment electrodes 41, 43, 45, of the segment electrodes constituting the divided electrodes are not changed without changing the voltage applied to the voltage drop type electrodes. 47 to 0.48Vrms, 0.52V to segment electrodes 42, 44, 46rmsWas applied. This makes 0.04V for each segment electrode of the split electrode.rmsAs a result, the substantial refractive index distribution of the liquid crystal layer also changes. Reference numeral 62 in FIG. 6 is a graph showing residual aberration when this voltage difference occurs, and is expressed as wavefront aberration. 0.5V equal to all segment electrodes 41-47rmsIt can be seen that the residual aberration is reduced compared to 61 when applied. At this time, the corrected wavefront aberration of about 0.018λ shown above.rmsIs 0.009λrmsAs a result, the recording and reproducing characteristics of information on the optical disc were further improved.
[0051]
As described above, the spherical aberration can be accurately corrected by applying appropriate voltages to the low resistance electrodes 31 to 33 and the segment electrodes 41 to 47. Further, even if the low resistance electrodes 31 and 33 are always applied with the same voltage, the low resistance electrodes 31 and 33 may be connected and connected to one power source. Can be operated with two external signals.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, in the optical head device of the present invention, one of the electrodes formed on each of the pair of transparent substrates that constitute the phase correction element with the liquid crystal layer interposed therebetween is arranged in three concentric circles. Mounted with a phase correction element composed of a ring-shaped low resistance electrode and at least a high resistance electrode arranged between the low resistance electrodes, and the other electrode composed of a plurality of segment electrodes divided concentrically .
[0053]
Since the phase correction element having this configuration can generate a wavefront change substantially matching the spherical aberration shape, the optical head device of the present invention equipped with this phase correction element is used to cause an optical disc thickness error. Spherical aberration can be corrected efficiently and good signal light with less noise can be obtained. Furthermore, since it can be operated with fewer external signal sources than in the prior art, a low-cost optical head device can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the principle configuration of an optical head device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a phase correction element in the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a voltage drop electrode pattern of a phase correction element according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing an example of a divided electrode pattern of a phase correction element in the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an example of spherical aberration correction by wavefront aberration generated by the phase correction element when the same voltage is applied to the segment electrodes constituting the divided electrodes in the present invention. (A is a spherical aberration that requires correction, B is a wavefront change generated by the phase correction element, C is a wavefront aberration after correction, D is a region corresponding to the low resistance electrode 31, and E is a region corresponding to the low resistance electrode 32).
FIG. 6 is a graph showing an example of spherical aberration correction by wavefront aberration generated by the phase correction element when a plurality of voltages are applied to the segment electrodes constituting the divided electrodes in the present invention. D41 to D47 are regions corresponding to the segment electrodes 41 to 47)
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor laser
2: Polarizing beam splitter
3: Collimating lens
4: Phase correction element
5: Quarter wave plate
6: Objective lens
7: Actuator
8: Optical disc
9: Photodetector
10: Phase correction element control circuit
21a, 21b: Glass substrate
22: Sealing material
23: Liquid crystal layer
24a, 24b: Electrodes
25: Insulating film
26: Alignment film
27: Electrode extraction part
28: Liquid crystal molecules
30: High resistance electrode
31-33: Low resistance electrode
41-47: Segment electrodes
48, 49: Wiring
61, 62: Residual wavefront aberration

Claims (1)

光源と、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、光源と対物レンズとの間に設けられた出射光の波面を変化させる位相補正素子と、波面を変化させるための電圧を位相補正素子へ出力する制御電圧発生手段とを備える光ヘッド装置であって、位相補正素子は電極が表面に形成されている一対の透明基板に挟持された液晶層を備えており、
一方の透明基板の電極は、同心円状に配されている3つの円環状の低抵抗電極と、隣接する少なくとも低抵抗電極間に配されていて隣接する低抵抗電極を導電接続する、低抵抗電極に対するシート抵抗値の比が1000以上であり、かつシート抵抗値が10 Ω/□から10 Ω/□までである高抵抗電極とを備え、
前記3つの円環状の低抵抗電極はそれぞれ異なる電圧を供給できるように外部信号源に接続されている外側、中間、内側の3つの低抵抗電極からなり、前記対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との平均値の比が0.7から0.85までであり、かつ前記対物レンズの瞳半径に対する前記内半径と前記外半径との差の比が0.02から0.14までであり、
他方の透明基板の電極は、平面電極が同心円状に分割された複数のセグメント電極からなる分割電極を備え、かつ低抵抗電極の中心と分割電極の中心とが光軸上にあり、かつ前記複数のセグメント電極は第1のセグメント電極群と前記第1のセグメント電極群を構成する隣接するセグメント電極間に配置された第2のセグメント電極群とに分けられ、それぞれのセグメント電極群ごとに導電接続されて、対向する透明基板の電極とそれぞれのセグメント電極群との間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 condensing the emitted light from the light source on the optical recording medium, a phase correction element for changing the wavefront of the emitted light provided between the light source and the objective lens, and the wavefront are changed. And a control voltage generator that outputs a voltage to the phase correction element. The phase correction element includes a liquid crystal layer sandwiched between a pair of transparent substrates having electrodes formed on the surface. ,
Electrode of one transparent substrate, a low-resistive electrodes of the three annular are arranged concentrically, for connecting conductive low-resistance electrode adjacent have been arranged at least between the low-resistance electrodes adjacent, low resistance electrode A high resistance electrode having a sheet resistance value ratio of 1000 or more and a sheet resistance value of 10 3 Ω / □ to 10 7 Ω / □ ,
The three annular low-resistance electrodes are composed of three low-resistance electrodes on the outside, the middle, and the inside that are connected to an external signal source so that different voltages can be supplied. The ratio of the average value of the inner radius and the outer radius of the electrode is 0.7 to 0.85, and the ratio of the difference between the inner radius and the outer radius with respect to the pupil radius of the objective lens is 0.02. Up to 0.14,
The electrode of the other transparent substrate includes a divided electrode composed of a plurality of segment electrodes obtained by concentrically dividing a planar electrode, the center of the low resistance electrode and the center of the divided electrode are on the optical axis , and the plurality The segment electrodes are divided into a first segment electrode group and a second segment electrode group disposed between adjacent segment electrodes constituting the first segment electrode group, and conductive connection is made for each segment electrode group The optical head device is configured so that different voltages can be applied between the electrodes of the opposing transparent substrate and the segment electrode groups .
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