JP2006323380A - Liquid crystal optical element, optical device and aperture control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光束の開口制御を行うための液晶光学素子、そのような液晶光学素子を用いた光学装置、及びそのような光学装置における開口制御方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal optical element for performing aperture control of a light beam, an optical apparatus using such a liquid crystal optical element, and an aperture control method in such an optical apparatus.
対物レンズに輪帯部を設け、輪帯部によって一定の波長に対しては外周部の光量を干渉作用によって見かけ上消失させることによって、CDとDVDのように開口数の規格が異なる光記録媒体に対応可能とする光ピックアップ装置が知られている(例えば、特許文献1)。しかしながら、特定の波長に対して干渉作用を生じさせるための輪帯部を対物レンズ上に形状加工することは容易ではなく、コストアップや歩留まりの低下を招くという問題があった。また、良好に干渉作用を生じさせるための波長は決まっているので、複数の波長の光に対応することが難しいという問題があった。 An optical recording medium having different numerical aperture standards, such as CD and DVD, by providing an annular portion on the objective lens and apparently erasing the light quantity at the outer peripheral portion by interference action for a certain wavelength by the annular portion There is known an optical pickup device that can cope with the above (for example, Patent Document 1). However, it is not easy to shape an annular portion for causing an interference action with respect to a specific wavelength on the objective lens, which causes a problem of increasing costs and reducing yield. In addition, since the wavelength for causing good interference action is determined, there is a problem that it is difficult to cope with light of a plurality of wavelengths.
液晶フィルタの所定の範囲を通過する光の偏光方向を選択的に偏向させ、偏光ビーム・スプリッタによって偏光方向を変化させた光(又は偏光方向を変化させなかった光)を排除するようにして、高密度ディスクと低密度ディスクから1つのピックアップによって情報ピットを検出することができる装置が知られている(例えば、特許文献2)。しかしながら、不要な光を排除するためには常に偏光ビーム・スプリッタを光路内に設ける必要があり、偏光ビーム・スプリッタによって光量が減少してしまう又は光路設計において制限を受けるという問題があった。さらに、偏光ビーム・スプリッタは高価であるので、その分装置のコストがアップしてしまうという問題もあった。 By selectively deflecting the polarization direction of the light passing through a predetermined range of the liquid crystal filter and eliminating the light whose polarization direction has been changed by the polarization beam splitter (or light whose polarization direction has not been changed), An apparatus that can detect information pits from a high-density disk and a low-density disk with a single pickup is known (for example, Patent Document 2). However, in order to eliminate unnecessary light, it is necessary to always provide a polarizing beam splitter in the optical path, and there has been a problem that the amount of light is reduced by the polarizing beam splitter or the optical path design is limited. Furthermore, since the polarization beam splitter is expensive, there is a problem that the cost of the apparatus is increased accordingly.
液晶パネルの所定範囲に電圧を印加し、その範囲をλ/4板として動作させ、その範囲を透過した光のみを偏光ビーム・スプリッタによって受光器に導く装置が知られている(例えば、特許文献3)。このような装置では、λ/4板として動作させる範囲を選択的に変化させて、液晶パネルを通過する光の径を変化させることができるので、実質的に対物レンズの開口数を変化させることが可能となり、1つの装置でCD及びDVDに対応することができる。しかしながら、液晶の屈折率は温度によって変化するので、正確にλ/4板として液晶パネルを動作させるためには、厳密な温度制御機構が必要となり、その分構造が複雑になるという問題があった。また、液晶の屈折率は波長によって変化するので、複数の波長の光を利用することができないという問題があった。さらに、正確にλ/4旋光しなかった光がノイズとして受光器側に戻ってしまうという問題があった。 A device is known in which a voltage is applied to a predetermined range of a liquid crystal panel, the range is operated as a λ / 4 plate, and only light transmitted through the range is guided to a light receiver by a polarization beam splitter (for example, Patent Documents). 3). In such an apparatus, the range of operation as a λ / 4 plate can be selectively changed to change the diameter of light passing through the liquid crystal panel, so that the numerical aperture of the objective lens can be substantially changed. It is possible to support CD and DVD with a single device. However, since the refractive index of the liquid crystal changes depending on the temperature, in order to operate the liquid crystal panel accurately as a λ / 4 plate, a strict temperature control mechanism is required, and the structure is complicated accordingly. . In addition, since the refractive index of the liquid crystal changes depending on the wavelength, there is a problem that light of a plurality of wavelengths cannot be used. Furthermore, there is a problem that light that has not been accurately rotated by λ / 4 returns to the light receiver as noise.
等間隔で配置された波長選択性回折格子を光路中に挿入し、第1の波長の光は波長選択性回折格子を素通りし、第2の波長の光の外周部は波長選択性回折格子によって光軸の外側に回折させる装置が知られている(例えば、特許文献4)。このような装置では、第1の波長をDVD用に用い、第2の波長をCD用に用いることによって、1つの対物レンズによってDVD及びCDに対応することができる。しかしながら、正確に等間隔で配置された波長選択性回折格子の形状加工は容易ではなく、コストアップや歩留まりの低下を招くという問題があった。また、良好に回折することができる波長は決まっているが、波長は光源の周囲温度によって変動してしまうことから、常に良好な回折を行うためには、厳密な温度制御機構が必要となり、その分構造が複雑になるという問題があった。 Wavelength selective diffraction gratings arranged at equal intervals are inserted into the optical path, the first wavelength light passes through the wavelength selective diffraction grating, and the outer periphery of the second wavelength light is formed by the wavelength selective diffraction grating. An apparatus that diffracts the light beam outside the optical axis is known (for example, Patent Document 4). In such an apparatus, the first wavelength is used for a DVD and the second wavelength is used for a CD, so that the DVD and the CD can be handled by one objective lens. However, it is not easy to shape the wavelength selective diffraction gratings arranged at equal intervals accurately, and there is a problem that the cost increases and the yield decreases. In addition, although the wavelength that can be diffracted well is determined, the wavelength varies depending on the ambient temperature of the light source. Therefore, in order to always perform good diffraction, a strict temperature control mechanism is required. There was a problem that the minute structure became complicated.
本発明は、温度や波長の変動に拘らず、対物レンズの開口数を正確に変更することができる液晶光学素子を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a liquid crystal optical element that can accurately change the numerical aperture of an objective lens regardless of temperature and wavelength fluctuations.
また、本発明は、単純な構成で、対物レンズの開口数を正確に変更することができる液晶光学素子を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element that can accurately change the numerical aperture of an objective lens with a simple configuration.
さらに、本発明は、開口数を制限したことによる不必要な光による干渉を起こすことなく、対物レンズの開口数を正確に変更することができる液晶光学素子を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element capable of accurately changing the numerical aperture of an objective lens without causing unnecessary light interference due to the limited numerical aperture.
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶光学素子は、第1の基板と、第2の基板と、第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、第1又は第2の基板の一方に形成され且つ開口制御領域を有する電極パターンと、第1又は第2の基板の他方に形成され且つ電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極とを有し、開口制御領域には、屈折率を変化させることによって、開口制御領域を通過する前記入射光を発散させるための複数の電極が設けられている、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a liquid crystal optical element according to the present invention includes a first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, and the first or second substrate. An electrode pattern having an opening control region formed on one side of the substrate and a counter electrode formed on the other side of the first or second substrate and applying a voltage between the electrode pattern and opening control The region is provided with a plurality of electrodes for diverging the incident light passing through the aperture control region by changing a refractive index.
上記課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、光源と、第1の基板、第2の基板、第1及び第2の基板間に挟持された液晶、第1又は第2の基板の一方に形成され且つ開口制御領域を有する電極パターン、及び第1又は第2の基板の他方に形成され且つ電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極を含み、開口制御領域には屈折率を変化させることによって開口制御領域を通過する前記光源からの入射光を発散させるための複数の電極が設けられている液晶光学素子と、液晶光学素子を通過した光を集光するための対物レンズとを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical element according to the present invention includes a light source, a first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, and a first or second substrate. An electrode pattern having an opening control region and a counter electrode formed on the other of the first and second substrates and applying a voltage between the electrode pattern and the opening control region. A liquid crystal optical element provided with a plurality of electrodes for diverging incident light from the light source that passes through the aperture control region by changing the refractive index, and for condensing the light that has passed through the liquid crystal optical element And an objective lens.
上記課題を解決するために、本発明に係る開口制御方法は、第1の光源を点灯し、開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させ、開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させ、液晶光学素子の前記開口制御領域以外の領域を通過する光を対物レンズによって第1の記録媒体に集光し、第2の光源を点灯し、開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させず、液晶光学素子の開口制御領域及び開口制御領域以外の領域を通過する光を、対物レンズによって第2の記録媒体に集光させる、工程を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an aperture control method according to the present invention turns on the first light source, generates a refractive index distribution by a plurality of electrodes arranged in the aperture control region, and passes through the aperture control region. Incident light from the first light source is diverged, light passing through a region other than the aperture control region of the liquid crystal optical element is condensed on the first recording medium by the objective lens, the second light source is turned on, and the aperture is turned on. A plurality of electrodes arranged in the control area do not generate a refractive index distribution, and the light passing through the aperture control area and the area other than the aperture control area of the liquid crystal optical element is condensed on the second recording medium by the objective lens. And a process.
本発明によれば、可動部品を用いずに、液晶光学素子を用いて良好に開口制御を行うことが可能となった。 According to the present invention, it is possible to perform aperture control satisfactorily using a liquid crystal optical element without using movable parts.
また、本発明によれば、開口制御に加えて、球面収差補正やコマ収差補正を行うことが可能となった。 Further, according to the present invention, it is possible to perform spherical aberration correction and coma aberration correction in addition to aperture control.
以下図面を参照して、本発明に係る液晶光学素子、光学装置及び開口制御方法について説明する。 Hereinafter, a liquid crystal optical element, an optical device, and an aperture control method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る液晶光学素子100の断面図を示す図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal
図中の矢印Aの示す方向は、光が液晶光学素子100に入射する方向を示している。図1において、入射側の透明基板101には、後述する屈折率補正用の透明電極パターン200を有する透明電極107及び配向膜102が形成されている。また、反対側の透明基板105には、透明性対向電極108及び配向膜104が形成されている。液晶106は、2枚の透明基板101及び105と、シール部材103との間に、約10μmの厚さで封入されている。図1に示される各要素は、説明の便宜上、誇張して図示されており、実際の厚さの比と異なる。
A direction indicated by an arrow A in the drawing indicates a direction in which light enters the liquid crystal
2枚の透明基板101及び105はガラス材で構成され、シール部材103は樹脂から構成されている。本実施形態では、2枚の透明基板101及び105間に挟持される液晶106はホモジニアス型の液晶が用いられるが、垂直配向型の液晶を利用することも可能である。
The two
図2は、図1に示された液晶光学素子100における屈折率補正用の透明電極パターン200の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the
電極パターン200は、図2に示すように、第1の有効径10の範囲内に同心円状の輪帯201〜206を有し、それぞれを絶縁のために微小な間隔を空けて配置した。また、第1の輪帯201の直径は、第2の有効径11と一致させ、第1の有効径10と第2の有効径11との間を開口制御領域12とした。さらに、開口制御領域12に第2の輪帯202〜第6の輪帯206の5つの輪帯を配置した。
As shown in FIG. 2, the
各輪帯201〜206の半径(R6以外は各輪帯間の隙間の中間点までの距離)の一例は、R1=0.78、R2=0.80、R3=0.83、R4=0.95、R5=0.98、R6=1.00である。なお、これらの半径の数値は、第6の輪帯206の最外郭R6を1.00として規格化した数値である。
An example of the radius of each ring-
図3は、本実施形態に用いた液晶106における印加電圧と実効屈折率との関係を示すグラフ30を示す図である。
FIG. 3 is a
図3に示すように、ホモジニアス型液晶106では、印加電圧が上がるに従って、実効屈折率が徐々に減少する非線形な特性を有している。しかしながら、印加電圧範囲V1〜V3間の様に、ほぼ線形に変化する領域が存在するので、本実施形態では、この領域を屈折率を制御する領域として利用した。
As shown in FIG. 3, the homogeneous
図4は、各輪帯201〜206、印加電圧及び屈折率分布の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the
図4(a)は、透明基板101上の透明電極パターン200の断面の一部分を拡大したものである。輪帯間の微小な間隔は全て3μmに設定した(なお、便宜上、拡大して示している)。また、第2の輪帯202と第3の輪帯203との間に抵抗R1を配置し、第3の輪帯203と第4の輪帯204との間に抵抗R2を配置し、第4の輪帯204と第5の輪帯205との間に抵抗R3を配置し、第5の輪帯205と第6の輪帯206との間に抵抗R4を配置した。さらに、第1の輪帯201及び第4の輪帯204と、第2の輪帯202と第6の輪帯206との間に電源20よりAC電圧を印加した。
FIG. 4A is an enlarged view of a part of the cross section of the
図4(b)は、基準電圧V1(第2の輪帯202と第6の輪帯206に印加される電圧、ここでは0[V]とする)に対する実効電圧を示している。図4(b)に示すように、第2の輪帯202と第6の輪帯206には電圧V1が、第3の輪帯203及び第5の輪帯205には電圧V2が、第1の輪帯201及び第4の輪帯204には電圧V3が印加される。
FIG. 4B shows the effective voltage with respect to the reference voltage V 1 (the voltage applied to the second
なお、液晶光学素子に用いる液晶は一般に印加電圧に対し実効値応答を示す。また直流電圧成分を長時間この液晶に加えると、液晶の焼きつきや分解等の不都合を生ずる。従って液晶光学素子の各透明電極には直流電圧成分を印加しないように交流電圧を印加して液晶を駆動する。また、液晶光学素子に対する基準電圧0[V]は正確には液晶層に印加される電圧であり、その電圧を任意に設定することができる。一般的には印加電圧が0[V]の状態を基準とする事が多いが、他の電圧値(例えば3[V])を基準電圧とすることも可能である。 In addition, the liquid crystal used for the liquid crystal optical element generally shows an effective value response to the applied voltage. If a DC voltage component is applied to the liquid crystal for a long time, problems such as burn-in and decomposition of the liquid crystal occur. Accordingly, the liquid crystal is driven by applying an AC voltage to each transparent electrode of the liquid crystal optical element so as not to apply a DC voltage component. Further, the reference voltage 0 [V] for the liquid crystal optical element is precisely a voltage applied to the liquid crystal layer, and the voltage can be arbitrarily set. Generally, the applied voltage is often set to 0 [V] as a reference, but other voltage values (for example, 3 [V]) can be used as the reference voltage.
図4(c)は、各輪帯と対向透明電極108との間の液晶106に生じる屈折率Nを示している。図3に示す様な屈折率と印加電圧との関係から、第1の輪帯201及び第4の輪帯204には屈折率N1(例えば1.5)、第3の輪帯203及び第5の輪帯205には屈折率N2、第2の輪帯及び第6の輪帯には屈折率N3が発生する。
FIG. 4C shows the refractive index N generated in the
第2の輪帯202〜第6の輪帯206に生じる屈折率分布401は、図4(c)に示すように、中央部の屈折率が低く、両端の屈折率が高いので、液晶光学素子100はリング状の凹レンズ(屈折率勾配型レンズ)として機能する。したがって、有効径10と有効径11との間の開口制御領域12を部分を通過する光束は、屈折率分布401によって凹レンズによるのと同様に光路以外に発散されるような作用を受ける。また、第1の輪帯201には屈折率N1(例えば0)が生じるため、有効径10の部分を通過する光には対して液晶光学素子100は何の作用も及ぼさない。
As shown in FIG. 4C, the
このように、図2に示す透明電極パターン200に対して、図4(b)に示すように電圧を印加することによって、図4(c)に示すような屈折率分布401が発生し、開口制御領域12を通過する光に対してそれを発散させるような作用を及ぼす。なお、開口制御領域12に設けられている輪帯202〜206に対して、一様の電圧V3を印加すれば、屈折率分布401は発生せず、液晶光学素子10は、開口制御領域を通過する光に対しても、なんの作用も及ぼさない。
As described above, when a voltage is applied to the
図5に、本発明に係る液晶光学素子100を利用した光学装置の概略構成の一例を示す。
FIG. 5 shows an example of a schematic configuration of an optical apparatus using the liquid crystal
図5に示すように、光学装置50は、第1の光源21、第1のコリメータレンズ22、第2の光源26、第2のコリメータレンズ27、ハーフミラー23、偏光ビーム・スプリッタ24、開口制御領域12を有する液晶光学素子100、液晶光学素子100の駆動制御回路130、λ/4波長板30、対物レンズ25、集光レンズ28、及び受光器29等を有している。
As shown in FIG. 5, the
図5(a)は、第1の光源21を点灯し、DVD等の第1の記録媒体140の読み取り又は書き込みをする場合を示している。この時、駆動制御回路130は、電極パターン200における開口制御領域12に配置された第2の輪帯202〜第6の輪帯206に対して、第1の輪帯201と同様の電圧を印加し、図4(c)に示すような屈折率分布401を生じさせないように制御を行う。したがって、液晶光学素子100は、有効径10(φ=3mm)内の光束に対して、何ら作用を及ぼさない。
FIG. 5A shows a case where the
以下に、第1の記録媒体140の読み込みをする場合を例に挙げて説明する。第1の光源21から出射された第1の光ビーム(650nm)は、第1のコリメータレンズ22によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー23、偏光ビーム・スプリッタ24及び液晶光学素子100を通過して、λ/4波長板30に入射する。λ/4波長板30を通過した有効径10を有する光ビームは、対物レンズ25(この場合の開口率NA=0.65)により第1の記録媒体140のトラック面上に集光される。
Hereinafter, a case where the
第1の記録媒体140から反射された光ビームは、再び対物レンズ25、λ/4波長板30及び液晶光学素子100を経て、偏光ビーム・スプリッタ24によって光路を変更され、集光レンズ28によって受光器29に集光される。光ビームは、第1の記録媒体140により反射される際に、第1の記録媒体140のトラック面上に記憶されている情報(ピット)によって振幅変調されており、受光器29は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号(RF信号)から、第1の記録媒体に記録されている記録情報を読み出すことができる。
The light beam reflected from the
図5(b)は、第2の光源26を点灯し、CD等の第2の記録媒体141の読み込み又は書き込みをする場合を示している。この時、駆動制御回路130は、電極パターン200における開口制御領域12に配置された第2の輪帯202〜第6の輪帯206に対して、図4(b)に示すような電圧を印加し、図4(c)に示すような屈折率分布401を生じさせるように制御を行う。したがって、液晶光学素子100は、開口制御領域12を通過する光束に対して、リング状の凹レンズとして機能するので、開口制御領域12を通過する光束は発散され、対物レンズ25によって第2の記録媒体141のトラック面上に集光されることはない。なお、液晶光学素子100は、有効径11(φ=2.35mm)内の光束に対して、何ら作用を及ぼさない。
FIG. 5B shows a case where the second
以下に、第2の記録媒体141の読み込みをする場合を例に挙げて説明する。第2の光源26から出射された第2の光ビーム(780nm)は、第2のコリメータレンズ27によってほぼ平行光に変換され、ハーフミラー23によって光路を変更され、偏光ビーム・スプリッタ24及び液晶光学素子100を通過して、λ/4波長板30に入射する。前述したように、液晶光学素子100の開口制御領域12を通過する光束は発散されて実質的に対物レンズ25の集光に寄与しないので、λ/4波長板30を通過した有効径11の光ビームは、対物レンズ25(この場合の開口率NA=0.51)により第2の記録媒体141のトラック面上に集光される。
Hereinafter, a case where the
第2の記録媒体141から反射された光ビームは、再び対物レンズ25、λ/4波長板30及び液晶光学素子100を経て、偏光ビーム・スプリッタ24によって光路を変更され、集光レンズ28によって受光器29に集光される。光ビームは、第2の記録媒体141により反射される際に、第2の記録媒体141のトラック面上に記憶されている情報(ピット)によって振幅変調されており、受光器29は、受光した光ビームを振幅変調に応じた光強度信号として出力する。光強度信号(RF信号)から、第2の記録媒体に記録されている記録情報を読み出すことができる。
The light beam reflected from the
このように、液晶光学素子100の透明電極パターンの輪帯202〜206への印加電圧を制御することによって、開口制御領域12を通過する光束を集光に寄与させたり、させなかったりを選択的に動作させることができる。したがって、同一の対物レンズを利用して、DVD及びCDに対応することができる光学装置を構成することが可能となる。図5においては、DVDとCDを例にしたが、これは一例であって、用いるべき開口数が異なる他の方式においても、開口制御領域12を最適化することで対応が可能となる、例えば、BD(ブルーレイディスク)とDVDを用いる場合、BDの開口率(NA)は0.85であり、DVDの開口率(NA)は0.65である。したがって、BD用の対物レンズにおいて、開口比(有効径比)が0.85:0.65となるように開口制御領域12を定め、開口制御領域12に入射する光束を発散させて光ビームの開口制限を行えば、BD用の対物レンズをDVD用の対物レンズの開口率に変換することができる。なお、開口率は、瞳半径(有効径)dと焦点距離fとの比(d/f)で表されるが、この場合対物レンズ25は固定であるので、焦点距離fは変わらず、瞳半径によって開口率を切り換えることとなる。さらに、上記の液晶光学素子100では、1種類の開口制御領域12を設けたが、複数種類の開口制御領域を設けることもできる。その場合、1つの対物レンズを利用して、3種類以上の異なった記録媒体に対応することが可能となる。
In this way, by controlling the voltage applied to the
本実施形態に係る液晶光学素子100では、開口制御領域12に、リング状の凹レンズの機能を持たせるような透明電極パターン200を構成した。しかしながら、開口制御領域12を通過する光束を実質的に対物レンズ25による集光に寄与させないように発散させることができれば良く、必ずしも凹レンズの機能を持たせるような透明電極パターン200を構築する必要はない。例えば、液晶光学素子100の開口制御領域12に、リング状の凸レンズの機能を持たせるような透明電極パターン200を構成しても、良い。また、液晶光学素子100の開口制御領域12に、不等間隔又はランダムな間隔で配置された、同じ幅又は異なった幅を有する複数の輪帯を有する透明電極パターン200を構成しても良い。不等間隔又はランダムな間隔で配置された、同じ幅又は異なった幅を有する複数の輪帯を有する透明電極パターン200に適当な電圧を印加することによって、開口制御領域12を通過する光束が発散され、実質的に対物レンズの集光に寄与しなくなる。なお、不等間隔とは、各輪帯間のピッチが等しくないことを言う。例えば、液晶光学素子100の開口制御領域12に、等間隔で同じ幅の輪帯を複数有する透明電極パターンを構成しなければ良い。
In the liquid crystal
本実施形態における開口制御領域12において、重要なことは、開口制御領域12を通過する入射光が発散し、対物レンズ25による集光に寄与しないようにすることである。したがって、図4(c)における屈折率分布401が常に正確に形成される必要は全くない。図3に示す印加電圧と屈折率との関係は、環境温度によって変化するが、それによって、屈折率分布401が変化しても、開口制御領域12を通過する入射光が発散することに変わりはない。即ち、液晶光学素子100は環境温度に拘わらず、開口制御を行うことが可能となる。特許文献1に記載の対物レンズや特許文献4に記載の液晶光学素子では回折や干渉(λ/2変調)を用いて、特許文献2又は3に記載の液晶光学素子では偏向軸の回転(λ/2、λ/4変調)を用いて、つまり光ビームの波長に敏感に関係する波動光学的現象を用いて開口制御領域に入射する光束の開口制限をしている。そのため、使用する光ビームの波長変動や制御媒体(液晶)の温度特性等による位相揺らぎに対して敏感であるため、波長や温度の僅かな変動が開口制限に大きく影響し、正確な開口制限が行えなくなる。それに対して、本実施形態に係る液晶光学素子は、屈折等の幾何光学的な現象を用いて開口制御領域12に入射する光束の開口制限をしている。したがって、前述した波長変動や位相揺らぎに対する影響が小さくなり、常に安定した開口制限を行える。
In the
また、本実施形態では、液晶光学素子100は、第1の光源(650nm)と第2の光源(780nm)に対して開口制御を行うように構成した。図3に示す印加電圧と屈折率との関係は、入射光の波長によって変化するが、それによって、屈折率分布401が変化しても、開口制御領域12を通過する入射光が発散することに変わりはない。即ち、液晶光学素子100は利用する光ビームの波長に係りなく、開口制御を行うことが可能となる。したがって、2種類の光ビームだけではなく、3つ以上の異なった光ビームを利用することもできる。
In the present embodiment, the liquid crystal
次に、開口制御と球面収差補正とを一つの透明電極パターンを用いて行う場合について説明する。 Next, a case where aperture control and spherical aberration correction are performed using a single transparent electrode pattern will be described.
図6(a)に、液晶光学素子100の透明電極107に用いることができる他の透明電極パターン300、図6(b)に透明電極パターン300への印加電圧例、図6(c)に補正された収差例を示す。
FIG. 6A shows another
透明電極パターン300は、図6(a)に示すように、図2に示した開口制御領域12に設けられた第2の輪帯202〜第6の輪帯206に加えて、球面収差の補正を行うための同心円状の球面収差補正用の輪帯301〜305を有している。また、これらの輪帯は、図2に示す透明電極パターン200と同様に、それぞれを絶縁のために微小な間隔を空けて配置した。
As shown in FIG. 6A, the
図6(b)に示す曲線601は、記録媒体140のトラック面上に設けられた光透過保護層の厚みムラ等によって、対物レンズ25からトラック面までの距離が一定にならないことによって生じる球面収差(3次)を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。このような球面収差601に対して、輪帯202〜206及び輪帯301〜305に対して、図6(b)の602に示すような電圧を印加すると、透明性対向電極108との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向状態が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、球面収差601は、図6(c)に示す収差補正後の残存収差603のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。
A
このように、透明電極パターン300では、透明電極パターン300の開口制御領域12を用いて光ビームの開口制御を行い、さらに、開口制御領域12とそれより内部の領域を用いて球面収差の補正を行うことができる。
As described above, in the
なお、図6(b)の例では、例えば輪帯202と203に同じ電位差が発生するように制御した。これは、図6(a)に示す透明電極パターン300の開口制御領域12に設けられた第2の輪帯202〜第6の輪帯206を利用して、できるだけ球面収差601を抑制するような電位差を発生するようにしたからである。しかしながら、発生する球面収差のパターンをより良く抑制するように、開口制御領域12に設けられた第2の輪帯202〜第6の輪帯206に発生させる電位差を調整することができる。
In the example of FIG. 6B, control is performed so that the same potential difference is generated in the
図6(a)に示す透明電極パターン300を有する液晶光学素子100を用いた場合、第1の光源21を点灯し、図6(b)に示すような電位差を生じさせて、DVD等の第1の記録媒体140に生じる球面収差を補正するように利用させることが好ましい(図5(a)参照)。この場合、開口制御領域12の輪帯202〜206では、図4(c)に示す屈折率分布401を生じさせないので、対物レンズ25は有効径10内の光束を利用することができる。さらに、図6(a)に示す透明電極パターン300を有する液晶光学素子100を用いた場合、第2の光源26を点灯し、開口制御領域12の輪帯202〜206には図4(c)に示すような屈折率分布401を生じさせ、輪帯301〜305には全ての輪帯に一様な電位差(例えば、図6(b)における輪帯301に対応)を生じさせ、CD等の第2の記録媒体141を利用することが好ましい(図5(b)参照)。この場合、対物レンズ25は有効径11内の光束を利用して、球面収差の補正は行われない方式とすれば良いが、必要に応じてCD等の第2の記録媒体141を利用する場合であっても、球面収差の補正を行っても構わない。
When the liquid crystal
次に、図6(a)に示す透明電極パターン300を利用した他の制御方法について説明する。
Next, another control method using the
図7(a)に図6(a)と同じ透明電極パターン300、図7(b)に透明電極パターン300への他の印加電圧例、図7(c)に補正された収差例を示す。図7に示す例は、球面収差を補正する場合には、開口制御領域12に配置された輪帯202〜206を利用しない場合を示しいている。
FIG. 7A shows the same
図7(b)に示す曲線601は、図6(b)と同様に、記録媒体140のトラック面上に設けられた光透過保護層の厚みムラ等によって、対物レンズ25からトラック面までの距離が一定にならないことによって生じる球面収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。このような球面収差601に対して、輪帯301〜305に、図7(b)の702に示すような電圧を印加すると、透明性対向電極108との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向状態が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、球面収差601は、図7(c)に示す収差補正後の残存収差703のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。図7(c)に示す収差補正後の残存収差703と図6(c)に示す残存収差603とを比較すると、開口制御領域12の輪帯202〜206を利用しない分だけ、残存収差703の方が大きくなっている。
A
また、図7に示すように透明電極パターン300を利用する場合、透明電極パターン300有する液晶光学素子100は、第1の光源21を点灯し、図7(b)に示すような電位差を生じさせて、DVD等の第1の記録媒体140に生じる球面収差を補正するように利用し(図5(a)参照)、第2の光源26を点灯し、開口制御領域12の輪帯202〜206には図4(c)に示すような屈折率分布401を生じさせ、輪帯301〜305には全ての輪帯に一様な電位差(例えば、図6(b)における輪帯301に対応)を生じさせ、CD等の第2の記録媒体141を利用することが好ましい(図5(b)参照)。
When the
第1の光源21を点灯し、図7(b)に示すような電位差を生じさせて、DVD等の第1の記録媒体140に生じる球面収差を補正するように利用する場合、球面収差補正用の電極パターンは、この場合の対物レンズ25の有効径10の全体ではなく、その内側領域(開口制御領域12の内側)に配置されることとなる。この場合、前述したように残存収差703は多少大きくなるが、トラッキングや取り付け誤差による光ビーム径の中心と対物レンズの中心とズレによって球面収差補正が適切に行われないという問題を解決することが可能となる。
When the
図8は、内側領域に形成された球面収差補正用の輪帯パターンの作用を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining the action of the annular aberration correction ring pattern formed in the inner region.
図8(a)及び(b)は、対物レンズの視野内(例えば、有効径10内)の全ての領域で球面収差補正を行う場合、すなわち対物レンズの視野と収差補正領域が一致している場合を例示している(例えば、図6(b)に相当)。 8A and 8B show a case where spherical aberration correction is performed in all regions within the field of the objective lens (for example, within the effective diameter 10), that is, the field of vision of the objective lens and the aberration correction region coincide. The case is illustrated (for example, it corresponds to FIG. 6B).
対物レンズの視野と球面収差補正用の電極パターンを構成している収差補正領域が一致している場合(図8(a))には、図6(c)に示すように、球面収差が最適に抑制される。しかしながら、トラッキングによる対物レンズ25の移動や、対物レンズ25と液晶光学素子100との取り付け誤差によって、対物レンズの視野と収差補正領域とずれている場合(図8(b))には、効果的に球面収差補正を行うことができない。
When the field of view of the objective lens coincides with the aberration correction area constituting the electrode pattern for correcting spherical aberration (FIG. 8A), the spherical aberration is optimum as shown in FIG. 6C. To be suppressed. However, it is effective when the field of view of the objective lens and the aberration correction region are shifted due to the movement of the
図8(c)及び(d)は、対物レンズの視野(例えば、有効径10内)の内側領域で球面収差補正を行う場合、すなわち対物レンズの視野に対して収差補正領域が小さい場合を例示している(例えば、図7(b)に相当)。 FIGS. 8C and 8D illustrate a case where spherical aberration correction is performed in the inner region of the field of view of the objective lens (for example, within the effective diameter 10), that is, a case where the aberration correction region is small with respect to the field of view of the objective lens. (For example, corresponding to FIG. 7B).
対物レンズの視野の中心と球面収差補正用の電極パターンを構成している収差補正領域の中心が一致している場合(図8(c))には、図7(c)に示すように、球面収差が抑制される。さらに、トラッキングによる対物レンズ25の移動や、対物レンズ25と液晶光学素子100との取り付け誤差によって、対物レンズの視野の中心と収差補正領域の中心とがずれている場合(図8(d))にも、収差補正の程度は若干落ちるが、十分に球面収差補正を行うことができる。これは、対物レンズの視野内に収差補正用の電極パターンが全て留まるからである。
When the center of the field of view of the objective lens and the center of the aberration correction area constituting the electrode pattern for correcting spherical aberration coincide with each other (FIG. 8C), as shown in FIG. Spherical aberration is suppressed. Further, when the center of the field of vision of the objective lens is shifted from the center of the aberration correction region due to the movement of the
次に、開口制御とコマ収差(3次)補正とを一つの透明電極パターンを用いて行う場合について説明する。 Next, a case where aperture control and coma aberration (third order) correction are performed using a single transparent electrode pattern will be described.
図9(a)に、液晶光学素子100の透明電極107に用いることができる他の透明電極パターン400、図9(b)に透明電極パターン400への印加電圧例、図9(c)に補正された収差例を示す。
FIG. 9A shows another
透明電極パターン400は、図9(a)に示すように、図2に示した開口制御領域12に設けられた第2の輪帯202〜第6の輪帯206を図中の中央部分で半分に分割した右側の輪帯212〜216及び左側の輪帯222〜226を有している。さらに、透明電極パターン400は、コマ収差の補正を行うための領域401〜405を有している。また、領域401〜405は、図2に示す透明電極パターン200と同様に、それぞれを絶縁のために微小な間隔を空けて配置した。
As shown in FIG. 9A, the
図9(b)に示す曲線901は、対物レンズ25によって集光された光ビームの光軸が記録媒体140のトラック面に対して傾くことによって生じるコマ収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。このようなコマ収差901に対して、輪帯212〜216、輪帯222〜226、及び領域401〜405に対して、図9(b)の902に示すような電圧を印加すると、透明性対向電極108との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、コマ収差901は、図9(c)に示す収差補正後の残存収差903のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。
A
このように、透明電極パターン400では、透明電極パターン400の開口制御領域12を用いて光ビームの開口制御を行い、さらに、開口制御領域12とそれより内部の領域を用いてコマ収差の補正を行うことができる。なお、図9(b)においては、輪帯212〜216と輪帯222〜226に基準電位に対して逆極性の電圧を印加したが、開口制御を行う場合には、図4(b)に示すように、全て同じ極性の電圧を印加する。また、図2に示す透明電極パターン200の輪帯に対して、図9(a)に示す透明電極パターン400の開口制御領域12の輪帯は、図中の中央部分で2分割されているが、分割による領域は微小であるため、開口制御に大きな影響は及ぼさない。
As described above, in the
ところで、図9(b)の例では、輪帯212〜216と輪帯222〜226のそれぞれに同じ電位差が発生するように制御した。これは、図9(a)に示す透明電極パターン400の開口制御領域12に設けられた輪帯212〜216及び輪帯222〜226を利用して、できるだけコマ収差901を抑制するような電位差を発生するようにしたからである。しかしながら、発生するコマ収差のパターンをより良く抑制するように、開口制御領域12に設けられた輪帯212〜216及び輪帯222〜226を調整することができる。
By the way, in the example of FIG.9 (b), it controlled so that the same electrical potential difference might generate | occur | produce in each of the ring zones 212-216 and the ring zones 222-226. This is because a potential difference that suppresses the
図9(a)に示す透明電極パターン400を有する液晶光学素子100を用いた場合、第1の光源21を点灯し、図9(b)に示すような電位差を生じさせて、DVD等の第1の記録媒体140に生じるコマ収差を補正するように利用することが好ましい(図5(a)参照)。この場合、開口制御領域12の輪帯212〜216及び222〜226では、図4(c)に示す屈折率分布401を生じさせないので、対物レンズ25は有効径10内の光束を利用することができる。さらに、図9(a)に示す透明電極パターン400を有する液晶光学素子100を用いた場合、第2の光源26を点灯し、開口制御領域12の輪帯212〜216及び222〜226には図4(c)に示すような屈折率分布401を生じさせ、領域401〜405には全ての輪帯に一様な電位差(例えば、図9(b)における領域405に対応)を生じさせ、CD等の第2の記録媒体141を利用することが好ましい(図5(b)参照)。この場合、対物レンズ25は有効径11内の光束を利用することができるが、コマ補正は行われない。
When the liquid crystal
次に、図9(a)に示す透明電極パターン400を利用した他の制御方法について説明する。
Next, another control method using the
図10(a)に図9(a)と同じ透明電極パターン400、図10(b)に透明電極パターン400への他の印加電圧例、図10(c)に補正された収差例を示す。図10に示す例は、コマ収差を補正する場合には、開口制御領域12に配置された輪帯212〜216及び222〜226を利用しない場合を示している。
FIG. 10A shows the same
図10(b)に示す曲線1001は、図9(b)と同様に、対物レンズ25によって集光された光ビームの光軸が記録媒体140のトラック面に対して傾くことによって生じるコマ収差を対物レンズの入射瞳位置で換算したものの一例である。このようなコマ収差1001に対して、領域401〜405に、図10(b)の1002に示すような電圧を印加すると、透明性対向電極108との間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化する。その部分を通過する光ビームは、電位差に応じてそれらの位相を遅らせるような作用を受ける。したがって、コマ収差1001は、図10(c)に示す収差補正後の残存収差1003のように、電位差に応じた位相の遅延によって抑制される。図10(c)に示す収差補正後の残存収差1003と図9(c)に示す残存収差903とを比較すると、開口制御領域12の輪帯212〜216及び222〜226を利用しない分だけ、残存収差1003の方が大きくなっている。
A
また、図10に示すように透明電極パターン400を利用する場合、透明電極パターン400有する液晶光学素子100は、第1の光源21を点灯し、図10(b)に示すような電位差を生じさせて、DVD等の第1の記録媒体140に生じるコマ収差を補正するように利用し(図5(a)参照)、第2の光源26を点灯し、開口制御領域12の輪帯212〜216及び222〜226には図4(c)に示すような屈折率分布401を生じさせ、領域401〜405には全ての輪帯に一様な電位差(例えば、図10(b)における領域405に対応)を生じさせ、CD等の第2の記録媒体141を利用することが好ましい(図5(b)参照)。
Further, when the
第1の光源21を点灯し、図10(b)に示すような電位差を生じさせて、DVD等の第1の記録媒体140に生じるコマ収差を補正するように利用する場合、コマ収差補正用の電極パターンは、この場合の対物レンズ25の有効径10の全体ではなく、その内側領域(開口制御領域12の内側)に配置されることとなる。この場合、前述したように残存収差1003は多少大きくなるが、トラッキングや取り付け誤差による光ビーム径の中心と対物レンズの中心とズレによってコマ収差補正が適切に行われないという問題を解決することが可能となる。この点は、図8を用いて球面収差補正について行った説明と同様な原理に基づく。
When the
100 液晶光学素子
101、105 透明基板
106 液晶
107 透明電極
108 透明性対向電極
200、300、400 透明電極パターン
202〜206、212〜216、222〜226 輪帯
301〜305 球面収差補正領域
401〜405 コマ収差補正領域
DESCRIPTION OF
Claims (17)
第1の基板と、
第2の基板と、
前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、
前記第1又は第2の基板の一方に形成され、開口制御領域を有する電極パターンと、
前記第1又は第2の基板の他方に形成され、前記電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極とを有し、
前記開口制御領域には、屈折率を変化させることによって、前記開口制御領域を通過する前記入射光を発散させるための複数の電極が設けられている、
ことを特徴とする液晶光学素子。 In a liquid crystal optical element for performing aperture control of incident light,
A first substrate;
A second substrate;
Liquid crystal sandwiched between the first and second substrates;
An electrode pattern formed on one of the first or second substrate and having an opening control region;
A counter electrode formed on the other of the first or second substrate and for applying a voltage to the electrode pattern;
The aperture control region is provided with a plurality of electrodes for diverging the incident light passing through the aperture control region by changing a refractive index.
A liquid crystal optical element characterized by the above.
光源と、
第1の基板、第2の基板、前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶、前記第1又は第2の基板の一方に形成され且つ開口制御領域を有する電極パターン、及び前記第1又は第2の基板の他方に形成され且つ前記電極パターンとの間に電圧を印加するための対向電極を含み、前記開口制御領域には屈折率を変化させることによって前記開口制御領域を通過する前記光源からの入射光を発散させるための複数の電極が設けられている液晶光学素子と、
前記液晶光学素子を通過した光を集光するための対物レンズと、
を有することを特徴とする光学装置。 An optical device,
A light source;
A first substrate, a second substrate, a liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, an electrode pattern formed on one of the first or second substrate and having an opening control region, and the first A counter electrode formed on the other of the first substrate and the second substrate and for applying a voltage to the electrode pattern, wherein the aperture control region passes through the aperture control region by changing a refractive index. A liquid crystal optical element provided with a plurality of electrodes for diverging incident light from the light source;
An objective lens for condensing light that has passed through the liquid crystal optical element;
An optical device comprising:
前記第1の光源を点灯し、
前記開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させ、前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させ、
前記液晶光学素子の前記開口制御領域以外の領域を通過する光を、前記対物レンズによって第1の記録媒体に集光し、
前記第2の光源を点灯し、
前記開口制御領域に配置された複数の電極によって屈折率分布を発生させず、前記液晶光学素子の前記開口制御領域及び前記開口制御領域以外の領域を通過する光を、前記対物レンズによって第2の記録媒体に集光させる、
工程を有することを特徴とする開口制御方法。 Formed on one of the first light source, the second light source, the first substrate, the second substrate, the liquid crystal sandwiched between the first and second substrates, and the first or second substrate. And an electrode pattern having an opening control region, and a counter electrode formed on the other of the first or second substrate and for applying a voltage between the electrode pattern, and the refractive index in the opening control region The liquid crystal optical element provided with a plurality of electrodes for diverging the incident light from the first light source that passes through the aperture control region by changing the aperture, and condenses the light that has passed through the liquid crystal optical element An aperture control method in an optical device having an objective lens for performing,
Turn on the first light source;
A refractive index distribution is generated by a plurality of electrodes arranged in the aperture control region, and incident light from the first light source passing through the aperture control region is diverged.
Light passing through a region other than the aperture control region of the liquid crystal optical element is condensed on the first recording medium by the objective lens,
Turn on the second light source;
A plurality of electrodes arranged in the aperture control region do not generate a refractive index distribution, and light passing through the aperture control region and the region other than the aperture control region of the liquid crystal optical element is secondly transmitted by the objective lens. Focusing on the recording medium,
An opening control method comprising a step.
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行う、請求項13に記載の開口制御方法。 The liquid crystal optical element has a plurality of electrodes for spherical aberration correction provided inside the aperture control region,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is diverged, spherical aberration correction is not performed by a plurality of spherical aberration correction electrodes provided inside the aperture control region. ,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is not diverged, spherical aberration correction is performed by a plurality of spherical aberration correction electrodes provided inside the aperture control region. The opening control method according to claim 13.
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域に設けられた複数の電極及び前記開口制御領域の内側に設けられた球面収差補正用の複数の電極により、球面収差補正を行う、請求項13に記載の開口制御方法。 The liquid crystal optical element has a plurality of electrodes for spherical aberration correction provided inside the aperture control region,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is diverged, spherical aberration correction is not performed by a plurality of spherical aberration correction electrodes provided inside the aperture control region. ,
When incident light from the first light source passing through the aperture control region is not diverged, a plurality of electrodes provided in the aperture control region and spherical aberration correction provided inside the aperture control region The aperture control method according to claim 13, wherein spherical aberration correction is performed by a plurality of electrodes.
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行う、請求項13に記載の開口制御方法。 The liquid crystal optical element has a plurality of coma aberration correction electrodes provided inside the aperture control region,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is diverged, the coma aberration correction is not performed by the plurality of coma aberration correction electrodes provided inside the aperture control region. ,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is not diverged, coma aberration correction is performed by a plurality of coma aberration correction electrodes provided inside the aperture control region. The opening control method according to claim 13.
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させた場合には、前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行わず、
前記開口制御領域を通過する前記第1の光源からの入射光を発散させなかった場合には、前記開口制御領域に設けられた複数の電極及び前記開口制御領域の内側に設けられたコマ収差補正用の複数の電極により、コマ収差補正を行う、請求項13に記載の開口制御方法。 The liquid crystal optical element has a plurality of coma aberration correction electrodes provided inside the aperture control region,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is diverged, the coma aberration correction is not performed by the plurality of coma aberration correction electrodes provided inside the aperture control region. ,
When incident light from the first light source that passes through the aperture control region is not diverged, a plurality of electrodes provided in the aperture control region and coma aberration correction provided inside the aperture control region The aperture control method according to claim 13, wherein coma aberration correction is performed by a plurality of electrodes.
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