專利名稱：液晶光學(xué)元件和光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)相液晶光學(xué)元件，一種使用其的光學(xué)裝置，更具體而言，涉及一種用于校正高度相干光束如激光的波前象差的液晶光學(xué)元件，和使用這種液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
在諸如致密盤(CD)或數(shù)字通用光盤(DVD)的記錄介質(zhì)上讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)所使用的光拾取裝置中，如圖23A所示，來自光源1的光束被準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)換成大體平行的光束，該光束通過物鏡3聚焦在記錄介質(zhì)4上，并且通過接收記錄介質(zhì)4反射的光束，產(chǎn)生信息信號。在這種光拾取裝置中，當(dāng)在記錄介質(zhì)上讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)，通過物鏡3聚焦的光束必須嚴(yán)格地沿著記錄介質(zhì)4上的記錄軌道。不過，由于記錄介質(zhì)4的驅(qū)動(dòng)裝置中的缺陷等原因引起記錄介質(zhì)4扭曲或彎曲，記錄介質(zhì)4的表面可發(fā)生傾斜。如果物鏡3所聚焦光束的光軸相對于記錄介質(zhì)4上的軌道傾斜，則在記錄介質(zhì)4的基片中產(chǎn)生彗差；即，當(dāng)在物鏡3的入射光瞳位置(即液晶光學(xué)元件5將要插入的位置)觀察時(shí)，產(chǎn)生如圖23B中所示的彗差20，使基于記錄介質(zhì)4所反射的光束產(chǎn)生的信息信號降質(zhì)。
有鑒于此，提出一種通過將液晶光學(xué)元件5設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡2與物鏡3之間的光路中來校正與記錄介質(zhì)4的傾斜有關(guān)的彗差，如圖24中所示(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。也即，利用液晶分子的取向隨液晶中產(chǎn)生的電勢差而變這種性質(zhì)，液晶光學(xué)元件5用于改變穿過液晶的光束的相位，從而消除彗差。
圖25A表示根據(jù)施加給彗差校正液晶光學(xué)元件5的電壓在液晶中產(chǎn)生相位分布的透明電極圖案30。在圖25A中，在與入射在液晶光學(xué)元件5上的光束的有效直徑10具有大體相同尺寸的區(qū)域中，形成將相位提前的兩個(gè)區(qū)域32和33，和將相位延遲的兩個(gè)區(qū)域34和35。圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
當(dāng)正(+)電壓施加給區(qū)域32和33時(shí)，相對于相對一側(cè)上的透明電極(未示出)產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨著電勢差改變。結(jié)果，在傳統(tǒng)的p-型液晶情形中，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)負(fù)(-)電壓施加給區(qū)域34和35時(shí)，相對于相對一側(cè)上的透明電極(未示出)產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，在傳統(tǒng)的p-型液晶情形中，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。將參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域31。這些電壓通過導(dǎo)線6施加給透明電極圖案30(參見圖24)。
在圖25B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓21。通過將適當(dāng)電壓施加給透明電極圖案30，彗差20可以得到校正。圖25C表示校正之后的彗差22。如圖25C中所示，通過使用液晶光學(xué)元件5進(jìn)行校正，從而抑制記錄介質(zhì)4的基片中產(chǎn)生彗差。
不過，除了與記錄介質(zhì)4的傾斜有關(guān)的問題以外，還會發(fā)生物鏡3的光軸偏離記錄介質(zhì)4上的軌道的問題(光軸偏離)。為了解決這一問題，如圖26中所示，物鏡3固定到跟蹤激勵(lì)器7，通過跟蹤激勵(lì)器7使物鏡3的光軸沿記錄介質(zhì)4上的軌道。激勵(lì)器7具有電源引線8。通過激勵(lì)器7沿圖中箭頭A所示的方向移動(dòng)物鏡3，被物鏡3聚焦的光束得到校正，以便嚴(yán)格地沿著記錄介質(zhì)4上的軌道(在圖26中，如光束12所示光束11得到校正)。
不過，當(dāng)物鏡3通過激勵(lì)器7移動(dòng)時(shí)，液晶光學(xué)元件5與物鏡3之間的位置關(guān)系發(fā)生改變。另一方面，將液晶光學(xué)元件5中形成的調(diào)相透明電極圖案30(圖25A)設(shè)計(jì)成與光拾取裝置的有效直徑10匹配。即，將液晶光學(xué)元件5設(shè)計(jì)成，僅當(dāng)物鏡3與液晶光學(xué)元件5沿光軸精確對準(zhǔn)時(shí)，才能理想地校正記錄介質(zhì)4的基片中發(fā)生的彗差。因此，由于液晶光學(xué)元件5與物鏡3之間的位置關(guān)系偏離理想條件，如果記錄介質(zhì)4的表面發(fā)生傾斜，則彗差不能通過液晶光學(xué)元件5得到有效校正。
由此，提出將調(diào)相液晶光學(xué)元件5與物鏡3安裝成一個(gè)整體，并且通過同一激勵(lì)器27將它們作為一個(gè)單元移動(dòng)，如圖26中所示(參照例如專利文獻(xiàn)2)。
不過，調(diào)相液晶光學(xué)元件5與物鏡3整體安裝，并且由同一激勵(lì)器7作為一個(gè)部件移動(dòng)它們，存在如下問題。
首先，當(dāng)整體安裝調(diào)相液晶光學(xué)元件5時(shí)，作用在激勵(lì)器7上的重力增大。要求激勵(lì)器7以極快的速度或者在數(shù)毫秒時(shí)間內(nèi)移動(dòng)物鏡3，不過液晶光學(xué)元件5的附加重量會降低激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡3使其沿記錄介質(zhì)4上的軌道的能力。其次，液晶光學(xué)元件5必須設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)液晶光學(xué)元件5的導(dǎo)線6，不過，由于設(shè)有導(dǎo)線6，彈性比(springrate)改變，這會增大構(gòu)成為單個(gè)部件的物鏡3與液晶光學(xué)元件5的操縱控制復(fù)雜度。尤其是，導(dǎo)線6可能會產(chǎn)生纏繞，和干擾物鏡3跟蹤動(dòng)作的問題。
另外，在諸如DVD或下一代高密度DVD的記錄介質(zhì)上讀或?qū)憯?shù)據(jù)所使用的光拾取裝置中，如圖27A所示，光源1發(fā)出的光束被準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)變成大體平行的光束，該平行光束被物鏡3聚焦在記錄介質(zhì)4上，通過接收記錄介質(zhì)4所反射的光束產(chǎn)生信息信號。當(dāng)使用這種光拾取裝置在記錄介質(zhì)4上讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)，物鏡3必須將光束精確地聚焦在記錄介質(zhì)4上面的軌道上。
不過，由于諸如記錄介質(zhì)4軌道表面上形成的透光保護(hù)層(圖27A中B所示)厚度的不均勻性等因素，從物鏡3到軌道表面的距離不可能時(shí)刻都恒定不變，或者光斑不能時(shí)刻理想聚焦。此外，在記錄介質(zhì)4中形成不止一個(gè)軌道表面以便增大記錄介質(zhì)4的存儲容量時(shí)，還需要調(diào)節(jié)物鏡3與各軌道表面之間的位置關(guān)系。
通過這種方法，如果物鏡3與軌道表面之間的距離發(fā)生改變，則在記錄介質(zhì)4的基片中產(chǎn)生球差，導(dǎo)致由記錄介質(zhì)4所反射的光束產(chǎn)生的信息信號發(fā)生降質(zhì)。圖27B表示在物鏡3的入射光瞳位置觀察時(shí)球差23的一個(gè)示例。另一方面，在記錄介質(zhì)中形成不止一個(gè)軌道表面時(shí)，在與第一軌道表面不同位置的第二軌道表面上讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)會產(chǎn)生球差，其中第一軌道表面處于物鏡3的焦點(diǎn)處，并且也會引起由記錄介質(zhì)4所反射的光束產(chǎn)生的信息信號降質(zhì)。
由此，提出通過將液晶光學(xué)元件5設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡2與物鏡3之間來校正記錄介質(zhì)的基片中產(chǎn)生的球差，如圖28中所示(參照例如專利文獻(xiàn)3)。即，利用液晶分子的取向隨施加給液晶的電勢差而變的性質(zhì)，液晶光學(xué)元件5用于改變通過液晶的光束的相位，從而消除球差。
圖29A表示根據(jù)施加給球差校正液晶光學(xué)元件5的電壓在液晶中產(chǎn)生相位分布的透明電極圖案40的一個(gè)示例。在圖29A中，在有效直徑10范圍內(nèi)形成9個(gè)同心電極圖案41至49。如圖29B中所示的電壓24施加給各區(qū)域。當(dāng)圖29B中所示的電壓施加給圖29A中所示的電極圖案40時(shí)，相對于相對一側(cè)上的透明電極產(chǎn)生電勢差，電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到根據(jù)該電勢差使其相位提前的力的作用。因此，記錄介質(zhì)4的基片中產(chǎn)生的球差23得到校正，如圖29C中的球差25所示。電壓通過導(dǎo)線6(參見圖28)施加給透明電極圖案40。
不過，除了上述記錄介質(zhì)4的基片中產(chǎn)生的球差問題以外，還發(fā)生物鏡3的光軸偏離記錄介質(zhì)4上面的軌道的問題(軸偏離)。為了解決這一問題，如圖30中所示，物鏡3固定于跟蹤激勵(lì)器7，通過跟蹤激勵(lì)器7使物鏡3的光軸沿記錄介質(zhì)4上的軌道。激勵(lì)器7具有電源引線8。激勵(lì)器7沿圖中箭頭A所示的方向移動(dòng)物鏡3，被物鏡3聚焦的光束嚴(yán)格地沿著記錄介質(zhì)4上面的軌道。
不過，當(dāng)物鏡3通過激勵(lì)器7發(fā)生移動(dòng)時(shí)，液晶光學(xué)元件5與物鏡3之間的位置關(guān)系發(fā)生改變。另一方面，將液晶光學(xué)元件5中形成的透明電極圖案40(參見圖29A)設(shè)計(jì)成與光拾取裝置的有效直徑10匹配。即，將液晶光學(xué)元件5設(shè)計(jì)成，僅當(dāng)物鏡3與液晶光學(xué)元件5沿光軸精確對準(zhǔn)時(shí)，才能理想地校正記錄介質(zhì)4的基片中發(fā)生的球差。因此，當(dāng)液晶光學(xué)元件5與物鏡3之間的位置關(guān)系偏離理想條件時(shí)，球差不能通過液晶光學(xué)元件5得到充分校正。
此處，如果調(diào)相光學(xué)元件5與物鏡3整體安裝使其可以作為一個(gè)部件通過同一激勵(lì)器7而移動(dòng)時(shí)，如圖30中所示，會發(fā)生與參照圖26所述相同的問題。首先，當(dāng)調(diào)相液晶光學(xué)元件5整體安裝時(shí)，作用在激勵(lì)器7上的重量增大。要求激勵(lì)器7以極快的速度或者在數(shù)毫秒時(shí)間內(nèi)移動(dòng)物鏡3，不過液晶光學(xué)元件5的附加重量會降低激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡3使其沿著記錄介質(zhì)4上的軌道的能力。其次，液晶光學(xué)元件5必須設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)液晶光學(xué)元件5的導(dǎo)線6，不過，由于設(shè)有導(dǎo)線6，彈性比(spring rate)改變，這會增大構(gòu)成為單個(gè)部件的物鏡3與液晶光學(xué)元件5的操縱控制復(fù)雜度。尤其是，發(fā)生導(dǎo)線6可能會纏繞，和干擾物鏡3跟蹤動(dòng)作的問題。
還提出一種如圖31中所示的光學(xué)裝置，其通過使用具有單一物鏡113的光盤裝置，可以播放具有0.6mm厚度透明基片的高密度光盤707如DVD，以及具有1.2mm厚度透明基片的光盤708如致密盤(CD)(參照例如專利文獻(xiàn)4)。
在圖31中，光源1為用于高密度光盤的光源，并且發(fā)射出波長為650nm的光束。光源1發(fā)射出的光束被準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)變成大體上平行的光束，該平行光束受到孔徑57的限制，成為有效直徑110為直徑大約5mm的光束；然后，該光束穿過半反鏡56，進(jìn)入物鏡113。物鏡113為用于高密度光盤的數(shù)值孔徑(NA)為0.65的物鏡，并且將入射光束聚焦在具有0.6mm透明基片的高密度光盤707上。
另一方面，光源101為用于CD的光源，且發(fā)射出波長為780nm的光束。從光源101發(fā)射出的光束被準(zhǔn)直透鏡102轉(zhuǎn)變成大體平行的光束，該平行光束受到孔徑58的限制，成為具有大約4mm有效直徑的光束120；然后，該光束被半反鏡56改變方向，進(jìn)入物鏡113。物鏡113將入射光束聚焦在具有1.2mm透明基片的光盤708上。
通過根據(jù)待播放的光盤種類在兩個(gè)光源之間切換，可使用一個(gè)物鏡113播放兩種光盤。
不過，由于光盤707的驅(qū)動(dòng)裝置中的缺陷等導(dǎo)致光盤707扭曲或彎曲，光盤707的表面處可能會發(fā)生傾斜(盤傾斜)。由于這種盤傾斜，當(dāng)在光盤707上讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)，在光盤707的基片中產(chǎn)生波前象差(主要為彗差)。
圖23B中表示出用物鏡113的光瞳坐標(biāo)表示出的光盤707的基片中產(chǎn)生的彗差20。彗差使由光盤707反射的光束產(chǎn)生的光強(qiáng)信號質(zhì)量降質(zhì)。同樣，對于光盤708，盤也會傾斜，不過通常，由于記錄密度低等原因，校正的必要性不大。
另外，這種光學(xué)裝置中的物鏡113用于將光斑聚焦在具有0.6mm透明基片的高密度光盤707的軌道表面上；從而，如果光斑聚焦在光盤708的軌道表面上，光盤708如具有1.2mm透明基片的CD，則即使入射光束的有效直徑減小，光斑也不能精確地聚焦在軌道上。從而，當(dāng)播放光盤708如具有1.2mm透明基片的CD時(shí)，在基片中產(chǎn)生球差。
光盤708，如具有1.2mm透明基片的CD中產(chǎn)生的球差23，當(dāng)用物鏡113的光瞳坐標(biāo)表示時(shí)，如圖27B中所示。球差導(dǎo)致由光盤708所反射的光束產(chǎn)生的光強(qiáng)信號質(zhì)量降低。
(專利文獻(xiàn)1)日本未審專利公開No.2001-143303(第3頁，

圖1)(專利文獻(xiàn)2)日本未審專利公開No.2002-215505(第2頁，圖1)(專利文獻(xiàn)3)日本未審專利公開No.H10-269611(第3至5頁，圖1至3，圖5)(專利文獻(xiàn)4)日本未審專利公開No.2001-101700(第5至6頁，圖6)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于校正波前象差(主要是彗差和球差)的液晶光學(xué)元件，其可以與物鏡分離安裝；以及一種使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種液晶光學(xué)元件，無論物鏡的跟蹤動(dòng)作如何，該液晶光學(xué)元件均能可靠地校正彗差；以及一種使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種液晶光學(xué)元件，無論物鏡的跟蹤動(dòng)作如何，該液晶光學(xué)元件均能可靠地校正球差；以及一種使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種用于校正波前象差(主要是彗差和球差)的液晶光學(xué)元件，其可以以較低成本制造，無需降低跟蹤性能；以及一種使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于校正波前象差(主要是彗差和球差)的液晶光學(xué)元件，其通過使用單一物鏡能夠在不同種類的光盤上可靠的讀出或?qū)懭?；以及一種使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于校正波前象差(主要是彗差和球差)的液晶光學(xué)元件，其通過使用單一物鏡能夠在不同種類的光盤上可靠的讀出或?qū)懭耄粫绊懜櫺阅?；以及一種使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的液晶光學(xué)元件包括第一透明基板，第二透明基板，密封在第一與第二透明基板之間的液晶，以及電極圖案，電極圖案作為將光束相位提前或延遲的區(qū)域，從而校正波前象差，其中將所述區(qū)域形成為小于物鏡的視場，無論跟蹤裝置的跟蹤動(dòng)作如何，都使該區(qū)域大體上處于物鏡的視場之內(nèi)。由于將光束相位提前或延遲的區(qū)域形成為大體上處于物鏡的視場之內(nèi)，所產(chǎn)生的波前象差可以得到令人滿意的校正，與跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)裝置包括一光源；一用于將光源發(fā)出的光聚焦在記錄介質(zhì)上的物鏡，一跟蹤裝置，其移動(dòng)物鏡以便校正物鏡的軸偏離；以及一與物鏡分離安裝的液晶光學(xué)元件，其中該液晶光學(xué)元件包括第一透明基板，第二透明基板，密封在第一與第二透明基板之間的液晶，以及電極圖案，電極圖案作為將光束相位提前或延遲的區(qū)域，從而校正波前象差，其中將所述區(qū)域形成為小于物鏡的視場，無論跟蹤裝置的跟蹤動(dòng)作如何，都使該區(qū)域大體上處于物鏡的視場之內(nèi)。由于將光束相位提前或延遲的區(qū)域形成為大體上處于物鏡的視場之內(nèi)，所產(chǎn)生的波前象差可以得到令人滿意的校正，與跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
優(yōu)選，將電極圖案設(shè)計(jì)成根據(jù)所產(chǎn)生的像差量校正波前象差。
優(yōu)選，所述電極圖案為彗差校正電極圖案。
優(yōu)選，為了校正彗差，所述區(qū)域具有用于將光束相位提前的第一區(qū)域，和將光束相位延遲的第二區(qū)域，更為優(yōu)選的是，具有基本上不改變光束相位的第三區(qū)域。
優(yōu)選，該區(qū)域僅具有一個(gè)第一區(qū)域和僅具有一個(gè)第二區(qū)域用來校正彗差。
優(yōu)選，該區(qū)域具有兩個(gè)第一區(qū)域和兩個(gè)第二區(qū)域用來校正彗差。
優(yōu)選，為了校正彗差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，第一和第二區(qū)域整體上形成為小于物鏡視場，并且在物鏡視場內(nèi)50μm至300μm。
優(yōu)選，為了校正彗差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，第一和第二區(qū)域整體上形成為小于物鏡視場，并且在物鏡視場內(nèi)，從而在像差校正之后，光束的殘留彗差保持在λ/4以內(nèi)，其中λ為光束波長。
優(yōu)選，為了校正彗差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，第一和第二區(qū)域整體上形成為小于物鏡視場，并且在物鏡視場內(nèi)，從而在像差校正之后，光束的殘留彗差保持在λ/14以內(nèi)，其中λ為光束波長。
優(yōu)選，為了校正彗差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，第一和第二區(qū)域整體上形成為小于物鏡視場，并且在物鏡視場內(nèi)，從而在像差校正之后，光束的殘余彗差保持在33mλ以內(nèi)，其中λ為光束波長。
優(yōu)選，所述電極圖案為球差校正電極圖案。
優(yōu)選，所述區(qū)域具有多個(gè)子區(qū)域，所述子區(qū)域用于將光束的相位提前或延遲以校正球差。
優(yōu)選，為了校正球差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，多個(gè)子區(qū)域小于物鏡的視場，并且處于物鏡的視場內(nèi)50μm至300μm。
優(yōu)選，為了校正球差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，僅在小于物鏡有效直徑的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)子區(qū)域，從而在像差校正之后，光束的殘留球差保持在λ/4以內(nèi)，其中λ為光束波長。
優(yōu)選，為了校正球差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，多個(gè)子區(qū)域小于物鏡的視場，并且處于物鏡的視場內(nèi)，使像差校正之后，光束的殘留球差保持在λ/14以內(nèi)，其中λ為光束波長。
優(yōu)選，為了校正球差，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，多個(gè)子區(qū)域小于物鏡的視場，并且處于物鏡的視場內(nèi)，使像差校正之后，光束的殘留球差保持在33mλ以內(nèi)，其中λ為光束波長。
優(yōu)選，該光學(xué)裝置還包括一電壓施加裝置，根據(jù)所產(chǎn)生的球差將電壓施加給球差校正電極圖案。
優(yōu)選，該記錄介質(zhì)具有多個(gè)軌道表面，并且該光學(xué)裝置還包括一電壓施加裝置，該電壓施加裝置根據(jù)多個(gè)軌道表面激勵(lì)球差校正電極圖案。
優(yōu)選，所述電極圖案包括形成在第一與第二透明基板其中任何一個(gè)上的彗差校正電極圖案；和形成在第一與第二透明基板中另一個(gè)之上的球差校正電極圖案。
優(yōu)選，當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，將用于校正彗差的第一與第二區(qū)域整體上形成為小于物鏡的視場，并處于物鏡視場內(nèi)80μm至500μm，此外當(dāng)跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，用于校正球差的多個(gè)子區(qū)域形成為小于物鏡的視場，并處于物鏡視場內(nèi)70μm至400μm。
優(yōu)選，該光學(xué)裝置還包括一開關(guān)裝置，用于根據(jù)所使用的記錄介質(zhì)在彗差校正電極圖案與球差校正電極圖案之間切換。
優(yōu)選，該彗差校正電極圖案用于DVD，球差校正電極圖案用于CD。
優(yōu)選，該物鏡為用于DVD的物鏡。
附圖簡要說明圖1所示為表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意性平面圖。
圖2表示圖1中所使用的液晶光學(xué)元件的剖面的一個(gè)例子。
圖3A表示圖1中所使用的液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖3B表示施加給圖3A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖3C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖4A表示圖1中所使用的液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的另一個(gè)例子，圖4B表示施加給圖4A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖4C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖5說明用于波前象差校正的現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件的操作。
圖6說明根據(jù)本發(fā)明的液晶光學(xué)元件的操作。
圖7用于解釋，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的液晶光學(xué)元件中發(fā)生軸偏離時(shí)，如何進(jìn)行彗差校正的一個(gè)具體例子。
圖8用于說明在現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件中發(fā)生軸偏離時(shí)的情形。
圖9所示為表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意平面圖。
圖10所示表示圖9中所使用的液晶光學(xué)元件的剖面的一個(gè)例子。
圖11A表示在圖9中所使用的液晶光學(xué)元件中球差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖11B表示施加給圖11A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖11C表示經(jīng)過校正的球差的一個(gè)例子。
圖12A表示圖9中所使用的液晶光學(xué)元件中球差校正電極圖案的另一個(gè)例子，圖12B表示施加給圖12A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖12C表示經(jīng)過校正的球差的一個(gè)例子。
圖13所示為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意平面圖。
圖14A表示圖13中所使用的液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖14B表示施加給圖14A中電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖14C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖15A表示圖13中所使用的液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的另一個(gè)例子，圖15B表示施加給圖15A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖15C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖16A表示用于球差校正的另一個(gè)電極圖案示例，圖16B表示用于彗差校正的另一個(gè)電極圖案示例。
圖17所示為表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)裝置的概念圖。
圖18表示圖17中所使用的液晶光學(xué)元件的剖面的一個(gè)例子。
圖19A表示圖17中所使用的液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖19B表示施加給圖19A中電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖19C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖20A表示圖17中所使用的液晶光學(xué)元件中球差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖20B表示施加給圖20A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖20C表示經(jīng)過校正的球差的一個(gè)例子。
圖21A表示圖17中所使用的液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的另一個(gè)例子，圖21B表示施加給圖21A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖21C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖22A表示圖17中所使用的液晶光學(xué)元件中球差校正電極圖案的另一個(gè)例子，圖22B表示施加給圖22A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖22C表示經(jīng)過校正的球差的一個(gè)例子。
圖23A用于說明記錄介質(zhì)傾斜產(chǎn)生彗差，圖23B表示所產(chǎn)生的彗差的一個(gè)例子。
圖24所示表示具有現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件用于彗差校正的光學(xué)裝置的一個(gè)例子。
圖25A所示為液晶光學(xué)元件中彗差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖25B表示施加給圖25A中所示電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖25C表示經(jīng)過校正的彗差的一個(gè)例子。
圖26所示表示具有現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件用于彗差校正的光學(xué)裝置的另一個(gè)例子。
圖27A用于說明記錄介質(zhì)產(chǎn)生的球差，圖27B表示所產(chǎn)生的球差的一個(gè)例子。
圖28表示具有現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件用于球差校正的光學(xué)裝置的一個(gè)例子。
圖29A表示液晶光學(xué)元件中球差校正電極圖案的一個(gè)例子，圖29B表示施加給圖29A中電極圖案的電壓的一個(gè)例子，圖29C表示經(jīng)過校正的球差的一個(gè)例子。
圖30表示具有現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件用于球差校正的光學(xué)裝置的另一個(gè)例子。
圖31表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)裝置的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明用于波前象差校正的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置。此處可能產(chǎn)生的波前象差主要是彗差和球差。在下面給出的第一實(shí)施例中，將描述主要用于校正彗差的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置。在下面給出的第二實(shí)施例中，將描述主要用于校正球差的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置。另外，在下面給出的第三和第四實(shí)施例中，將描述主要用于校正彗差和球差的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置。
(實(shí)施例1)圖1表示使用本發(fā)明第一實(shí)施例的液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置1000。在圖1中，從光源1如半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的光束(650nm)，通過準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)變成具有有效直徑10的大體平行光束；然后，該光束穿過偏振分束器50，進(jìn)入液晶光學(xué)元件60。從液晶光學(xué)元件60發(fā)出的光束穿過四分之一波片55，通過物鏡3聚焦在記錄介質(zhì)700(如DVD)上。正如下面將要討論的，液晶光學(xué)元件60具有施加校正的功能，從而抑制記錄介質(zhì)700的基片中產(chǎn)生彗差。
光束的波長，在DVD情形中(本實(shí)施例)為650nm，在CD情形中為780nm，并且在任何一種情況下都可能產(chǎn)生±20nm的誤差。下一代藍(lán)激光器采用的波長為405nm，主要用于DVD。本發(fā)明主要用于DVD，并在使用下一代藍(lán)激光器的應(yīng)用中產(chǎn)生尤為顯著的效果。
此處，在幾何光學(xué)設(shè)計(jì)中，假設(shè)光束位置沒有偏移，或者其直徑?jīng)]有改變，“有效直徑”指入射在液晶光學(xué)元件上，并且可以被物鏡3有效利用的主光束的直徑。另外，“液晶光學(xué)元件的有效直徑”表示根據(jù)所產(chǎn)生的像差量，包含有用于提前相位的區(qū)域和用于延遲相位的區(qū)域的直徑。這些定義適用于下面所述的所有實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，選擇物鏡的數(shù)值孔徑NA為0.65，有效直徑(φ)為3mm。
物鏡3固定于跟蹤激勵(lì)器7?？墒褂么呸D(zhuǎn)跟蹤裝置取代激勵(lì)器。激勵(lì)器7通過沿圖中箭頭A所示方向移動(dòng)物鏡，使經(jīng)過物鏡聚焦的光束嚴(yán)格地沿著記錄介質(zhì)700上的軌道(例如，通過如光束12所示校正光束11)。激勵(lì)器7具有用于驅(qū)動(dòng)其的導(dǎo)線8。液晶光學(xué)元件60具有用于驅(qū)動(dòng)后面所述透明電極圖案的導(dǎo)線54。
記錄介質(zhì)700反射的光束再次通過物鏡3，四分之一波片55和液晶光學(xué)元件60，并被偏振分束器50改變方向，朝向聚光透鏡51引導(dǎo)，聚光鏡51將光束聚焦在光檢測器52上。光束在被記錄介質(zhì)700反射時(shí)，振幅受到記錄介質(zhì)700的軌道上所記錄信息(凹坑)的調(diào)制。光檢測器52以光強(qiáng)信號的形式輸出所接收的光束。從該光強(qiáng)信號(RF信號)恢復(fù)記錄信息。
液晶光學(xué)元件控制電路53(下面簡單地稱做“控制電路”)，利用光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號，檢測記錄介質(zhì)700的基片中產(chǎn)生的彗差。另外，控制電路53通過導(dǎo)線54將電壓施加給液晶光學(xué)元件60中的透明電極圖案，消除所檢測到的彗差。通過這種控制，彗差得到校正，使光強(qiáng)信號的強(qiáng)度為適當(dāng)大小。
圖2表示圖1中所示液晶光學(xué)元件60的剖面圖。圖2中箭頭所示的方向?yàn)閳D1中光源1發(fā)射出的光束在穿過偏振分束器50后進(jìn)入液晶光學(xué)元件60的方向。在圖2中，在面對光源1的透明基板61一側(cè)形成彗差校正透明電極62和取向膜63。另一方面，在面對記錄介質(zhì)700一側(cè)的透明基板67上形成透明反電極66和取向膜67。液晶68密封在兩透明基板61與67之間，并通過密封元件64密封。為了便于說明，夸大了圖2中所示的構(gòu)成元件，且其厚度比與實(shí)際比率不同。
圖3A表示圖1和2中所示的液晶光學(xué)元件60的透明電極62中形成的彗差校正透明電極圖案300。如圖3A中所示，在內(nèi)部區(qū)域18中設(shè)置有用于提前相位的兩個(gè)區(qū)域32和33，和用于延遲相位的兩個(gè)區(qū)域34和35，其中內(nèi)部區(qū)域18為入射在液晶光學(xué)元件60上的光束的有效直徑10向內(nèi)限定50μm的區(qū)域。在圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
此處，內(nèi)部區(qū)域指有效直徑10向內(nèi)限定規(guī)定距離的區(qū)域，并在其中形成波前像差校正電極圖案，并且該區(qū)域相當(dāng)于前面定義的液晶光學(xué)元件60的有效直徑。
當(dāng)相對施加給區(qū)域31的參考電壓為正(+)的電壓施加給區(qū)域32和33時(shí)，相對于透明反電極66產(chǎn)生電勢差，電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)相對于施加給區(qū)域31的參考電壓為負(fù)(-)的電壓施加給區(qū)域34和35時(shí)，相對于透明反電極66產(chǎn)生電勢差，電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域31。這些電壓通過導(dǎo)線54從控制電路53施加給透明電極62的彗差校正電極圖案300(參見圖1)。
在圖3B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓23。當(dāng)該電壓施加給內(nèi)部區(qū)域18中形成的透明電極圖案300中的各區(qū)域31至35時(shí)，液晶光學(xué)元件60用于消除記錄介質(zhì)700相對光軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的彗差20。
圖3C表示校正之后的彗差24。即，圖3B中的彗差20校正為圖3C中的彗差24。從而可知通過液晶光學(xué)元件60進(jìn)行了校正，以便抑制記錄介質(zhì)700的基片中產(chǎn)生彗差。
此處，當(dāng)有效直徑10的中心與內(nèi)部區(qū)域18中透明電極圖案300的中心相同時(shí)(即，沒有軸偏離)，按照瑞利四分之一波長原則，優(yōu)選校正之后的彗差(殘留彗差)不大于光源1波長的四分之一。當(dāng)滿足這一條件時(shí)，根據(jù)瑞利判據(jù)，通常認(rèn)為基片中產(chǎn)生的彗差導(dǎo)致的光損耗可以接受。
此外，當(dāng)有效直徑10的中心與內(nèi)部區(qū)域18中透明電極圖案300的中心相同時(shí)(即，當(dāng)沒有軸偏離時(shí))，按照Marechal判據(jù)，優(yōu)選校正之后的彗差(殘留彗差)不大于光源1波長的1/14。Marechal認(rèn)為，波前與中心處于衍射焦點(diǎn)的參考球面之間的位移的標(biāo)準(zhǔn)偏差為λ/14或更小的條件，等效于特定系統(tǒng)中的像差足夠小的條件。當(dāng)滿足這一條件時(shí)，根據(jù)Marechal判據(jù)，可以認(rèn)為基片中產(chǎn)生的彗差足夠小。
另外，當(dāng)有效直徑10的中心與內(nèi)部區(qū)域18內(nèi)透明電極圖案300的中心相同時(shí)(即，當(dāng)沒有軸偏離時(shí))，當(dāng)記錄介質(zhì)是DVD時(shí)，優(yōu)選校正之后的彗差(殘留彗差)不大于33mλ。這是因?yàn)槠湔J(rèn)為必須消除DVD評價(jià)器(evaluator)中的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(33mλ)。
如果內(nèi)部區(qū)域更小，則即使激勵(lì)器7引起大的軸偏離，內(nèi)部區(qū)域也將處于液晶光學(xué)元件上定義的物鏡的視場之內(nèi)(下面簡稱為“物鏡的視場”)；這樣就能夠校正彗差，與軸偏離無關(guān)。不過，如果內(nèi)部區(qū)域太小，則殘留彗差將會過度增大。上面三個(gè)例子對條件有限制。
圖4A表示根據(jù)本發(fā)明的另一種彗差校正透明電極圖案310。在圖4A中，在從入射在液晶光學(xué)元件60上的光束的有效直徑10向內(nèi)限定300μm的內(nèi)部區(qū)域18內(nèi)，形成用于提前相位的單一區(qū)域32，和用于延遲相位的單一區(qū)域34。在圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
當(dāng)正(+)電壓施加給區(qū)域32時(shí)，相對于透明反電極66產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到將其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)負(fù)(-)電壓施加給區(qū)域34時(shí)，相對于透明反電極66產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。參考電勢(此處，以0V為例)施加給區(qū)域31。這些電壓通過導(dǎo)線54從控制電路53施加給透明電極圖案(參見圖1)。
在圖4B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓25。當(dāng)該電壓施加給透明電極圖案310中的各區(qū)域31，32和34時(shí)，液晶光學(xué)元件60用于消除記錄介質(zhì)700相對于光軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的彗差20。
圖4C表示校正之后的彗差26。即，圖4B中的彗差20校正成圖4C中的彗差26。從而可知通過液晶光學(xué)元件60進(jìn)行了校正，以便抑制記錄介質(zhì)700的基片中產(chǎn)生彗差。
此處，將描述如圖25A所示在有效直徑10內(nèi)部整個(gè)區(qū)域上形成相位提前和相位延遲區(qū)域的情形，與如圖3A或4A中所示僅在有效直徑10內(nèi)部限定的內(nèi)部區(qū)域18中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的情形之間的差別。
圖25A中所示的彗差校正等效于如圖5A中所示在有效直徑10的整個(gè)區(qū)域上捕獲光束，并且用液晶光學(xué)元件的有效直徑校正所捕獲的光束的情形。不過，在此情形中，當(dāng)物鏡3通過激勵(lì)器7而發(fā)生移動(dòng)時(shí)，液晶光學(xué)元件的有效直徑偏離物鏡的視場(參見圖5B)，不能實(shí)現(xiàn)有效彗差校正。
相反，圖3A中所示的彗差校正等效于僅入射在內(nèi)部區(qū)域上的光束被捕獲，并且所捕獲的光束受到與液晶光學(xué)元件有效直徑相應(yīng)的區(qū)域18的校正的情形，如圖6A中所示，其中所述內(nèi)部區(qū)域?yàn)橛行е睆?0向內(nèi)定義50μm的區(qū)域。在此情形中，當(dāng)物鏡3在激勵(lì)器7的作用下發(fā)生移動(dòng)時(shí)，物鏡的視場中心偏離內(nèi)部區(qū)域18的中心，不過內(nèi)部區(qū)域18依然處于物鏡視場之內(nèi)(參見圖6B)。因此，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正，不過與內(nèi)部區(qū)域18對準(zhǔn)光軸中心的情形(參見圖6A)相比，校正度有所降低。
如圖所示，當(dāng)僅在有效直徑10內(nèi)定義的內(nèi)部區(qū)域18中形成相位提前和相位延遲區(qū)域，而非在有效直徑10的整個(gè)區(qū)域上形成該區(qū)域時(shí)，即使為了跟蹤激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡3，也能實(shí)現(xiàn)有效的彗差校正。
即，由于相位提前和相位延遲區(qū)域設(shè)定為大體處于物鏡的視場之內(nèi)時(shí)，與激勵(lì)器7導(dǎo)致的透鏡運(yùn)動(dòng)無關(guān)，都能實(shí)現(xiàn)有效的彗差校正。術(shù)語“基本上處于”表明將該區(qū)域設(shè)定成可以在預(yù)定精度內(nèi)實(shí)現(xiàn)彗差校正。
下面的表1表示形成彗差校正電極圖案的內(nèi)部區(qū)域，與為了進(jìn)行跟蹤與由反射光束產(chǎn)生的RF信號的降質(zhì)(簡稱為信號抖動(dòng))有關(guān)的物鏡移動(dòng)量(＝軸向移動(dòng)量)之間的關(guān)系。
RF信號的降質(zhì)定為A到D級A表示最好狀態(tài)，B表示良好狀態(tài)，C表示RF信號可以使用的狀態(tài)，D表示RF信號不可使用的狀態(tài)。為了構(gòu)成下面所示的表1，制造僅在有效直徑向內(nèi)規(guī)定0μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm或350μm的內(nèi)部區(qū)域中包含相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件，并且通過將各液晶光學(xué)元件偏離物鏡光軸0μm、50μm、100μm、150μm和200μm，測量RF信號的抖動(dòng)量。采用如圖1中所示相同的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)，并且選擇有效直徑(φ)為3mm，物鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.65。[表1]

如從表1可以看出，即使發(fā)生0μm到200μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm至300μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的任何液晶光學(xué)元件可以實(shí)現(xiàn)大體上令人滿意的彗差校正。由于可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正，RF信號的抖動(dòng)量得到抑制，使光學(xué)裝置可以使用。此處，僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的例子，相當(dāng)于圖3A中所示的例子，而僅在有效直徑向內(nèi)限定300μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的例子相當(dāng)于圖4A中所示的例子。
另一方面，在僅在有效直徑向內(nèi)限定0μm的內(nèi)部區(qū)域中(即，在有效直徑10的全部區(qū)域上)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件的情形中(即，圖25A中所示現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件)，如果產(chǎn)生100μm或者更大的軸偏離，則不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ?。即，RF信號的抖動(dòng)量增大，使光學(xué)裝置不可用。
同樣，在僅在有效直徑向內(nèi)限定350μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件的情形中，如果發(fā)生50μm或者更大的軸偏離，則不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ?。即，RF信號的抖動(dòng)量增大，使光學(xué)裝置不可用。推斷起來這是由于相位提前和相位延遲區(qū)域太小以至于不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)彗差校正的原因。
由此，通過使用僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm至300μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件，即使由于物鏡的跟蹤動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)生軸偏離，也能實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正。
此處，可以將形成相位提前和相位延遲區(qū)域的內(nèi)部區(qū)域設(shè)定為與光學(xué)裝置的技術(shù)規(guī)格匹配。例如，如果提前已知跟蹤導(dǎo)致的軸偏離為100μm，那么內(nèi)部區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)定為有效直徑向內(nèi)50μm至100μm。如果跟蹤導(dǎo)致的軸偏離越大，則根據(jù)技術(shù)規(guī)格內(nèi)部區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)置得越大。
參照圖7和8，將進(jìn)一步描述發(fā)生軸偏離時(shí)的彗差校正。圖7表示使用圖4A中所透明電極圖案310的情形，圖8表示使用圖25A中所示現(xiàn)有技術(shù)透明電極圖案30的情形。圖7A和8A表示不存在軸偏離的情形(與圖4B和25B相同)。圖7B和8B表示存在50μm軸偏離的情形，圖7C和8C表示存在100μm軸偏離的狀態(tài)。
如圖7B和7C中所示，即使相對于光束有效直徑10的中心和內(nèi)部區(qū)域18的中心發(fā)生50μm或100μm的軸偏離，施加給在內(nèi)部區(qū)域18中形成的相位提前和相位延遲區(qū)域的電壓波形26和27也處于物鏡視場內(nèi)。即，基本上與圖7A沒有軸偏離的狀態(tài)沒有差別。因此，可以適當(dāng)校正像差。也就是，由于相位提前和相位延遲區(qū)域(液晶光學(xué)元件的有效區(qū)域)設(shè)置成基本處于物鏡的視場之內(nèi)，與激勵(lì)器7導(dǎo)致的透鏡運(yùn)動(dòng)無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)有效的彗差校正。
另一方面，在圖8B中，在液晶光學(xué)元件的有效直徑內(nèi)的整個(gè)區(qū)域上形成相位提前和相位延遲區(qū)域。結(jié)果，即使發(fā)生50μm的軸偏離，所施加的電壓波形28僅稍有變化(與圖8A中沒有軸偏離的情形相比，發(fā)生虛線所示的降落)。因?yàn)檎J(rèn)為像差根據(jù)施加給相位提前和相位延遲區(qū)域的整個(gè)電壓波形得到校正，該波形即使發(fā)生輕微的改變，也會或多或少影響像差校正功能。因此，如表中所示，在0μm內(nèi)部區(qū)域的情形中，當(dāng)軸偏離為0μm時(shí)，RF信號的降質(zhì)評價(jià)為“A”，不過當(dāng)軸偏離為50μm時(shí)，RF信號降級到“D”，這是因?yàn)殡妷翰ㄐ?符號)發(fā)生輕微改變(發(fā)生虛線所示的降落)。
另外，如圖8C中所示，當(dāng)發(fā)生100μm的軸偏離時(shí)，與圖8A的情形相比，施加給相位提前和相位延遲區(qū)域的電壓波形29發(fā)生明顯改變。這會大大影響像差校正功能。因此，如表中所示，在0μm內(nèi)部區(qū)域的情形中，當(dāng)軸偏離為100μm時(shí)，RF信號降級為“C”，相比而言，0μm軸偏離時(shí)RF信號的降質(zhì)評價(jià)為“A”。
由此，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，即使為了進(jìn)行跟蹤而移動(dòng)物鏡，記錄介質(zhì)基片中產(chǎn)生的彗差也能得到令人滿意的校正，這是因?yàn)閷﹀绮钚Ｕ凶饔玫膮^(qū)域設(shè)定為大體上處于物鏡的視場內(nèi)。
另外，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，由于用于彗差校正的液晶光學(xué)元件無需與物鏡組合成一個(gè)單元，可通過簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)良好的彗差校正和良好的跟蹤，無需裝載激勵(lì)器。
(實(shí)施例2)
圖9表示使用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置1100。用相同附圖標(biāo)記表示與圖1中所示相同的部件。
在圖9中，光源1發(fā)射出的光束(405nm)被準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)變成具有有效直徑10的大體平行的光束；然后，該光束通過偏振分束器50，進(jìn)入液晶光學(xué)元件70。從液晶光學(xué)元件70發(fā)出的光束穿過四分之一波片55，被物鏡13(數(shù)值孔徑NA＝0.85)聚焦在記錄介質(zhì)703上。在本實(shí)施例中，有效直徑10(φ)選擇為3mm。
記錄介質(zhì)703反射的光束再次穿過物鏡13，四分之一波片55和液晶光學(xué)元件70，并被偏振分束器50改變方向朝向聚光鏡51傳播，聚光鏡51將光束聚焦在光檢測器52上。光束在受到記錄介質(zhì)703的反射時(shí)，振幅受到記錄在記錄介質(zhì)703軌道上的信息(凹坑)的調(diào)制。光檢測器52以光強(qiáng)信號的形式輸出所接收光束。由該光強(qiáng)信號(RF信號)恢復(fù)所記錄的信息。
當(dāng)寫入記錄介質(zhì)703時(shí)，光源1發(fā)射出的光束的強(qiáng)度受到寫數(shù)據(jù)信號的調(diào)制，并且記錄介質(zhì)受到調(diào)制光束的照射。根據(jù)光束強(qiáng)度使密封在盤片之間的薄膜的折射率或顏色發(fā)生改變，或者形成凹陷，將數(shù)據(jù)寫入記錄介質(zhì)?？赏ㄟ^調(diào)制施加給半導(dǎo)體激光器裝置的電流，實(shí)現(xiàn)光束的強(qiáng)度調(diào)制，其中半導(dǎo)體激光器用作光源1。
物鏡13固定于跟蹤激勵(lì)器7。激勵(lì)器7沿圖中箭頭A所示的方向移動(dòng)物鏡13，使經(jīng)過物鏡3聚焦的光束精確地沿記錄介質(zhì)703上的軌道。激勵(lì)器7設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)它的導(dǎo)線8。液晶光學(xué)元件70設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)后面所述透明電極圖案的導(dǎo)線54。
液晶光學(xué)元件70具有球差校正透明電極圖案410或420，如圖11A或圖12A中所示，下面將對其進(jìn)行描述。
記錄介質(zhì)703為下一代高密度DVD，該光盤直徑為12cm，厚度為1.2mm。在軌道表面上形成由聚碳酸酯等材料形成的大約0.1mm厚透光保護(hù)層。軌道間距(0.32μm)大約為傳統(tǒng)DVD的一半，使用405nm藍(lán)激光器和數(shù)值孔徑(NA)＝0.85的物鏡，并且焦斑尺寸縮小到傳統(tǒng)DVD的大約五分之一，獲得每面大約27GB的最大容量。
在這種記錄介質(zhì)703中，與傳統(tǒng)DVD相比，軌道表面上形成的透光保護(hù)層厚度的不均勻性引起的球差，可以導(dǎo)致光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號質(zhì)量降低。為了解決這一問題，控制電路253根據(jù)光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號檢測球差，并且通過導(dǎo)線54將電壓施加給球差校正電極圖案，以便消除檢測到的球差。此處，記錄介質(zhì)703的基片中產(chǎn)生的球差，可以通過將電壓施加給球差校正電極圖案而得到校正，從而使光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號(RF信號)的幅值最大。
圖10表示圖9中所示液晶光學(xué)元件70的剖面圖。圖10中箭頭所示的方向?yàn)閳D9中光源1發(fā)射出的光束在穿過偏振分束器50之后進(jìn)入液晶光學(xué)元件70的方向。在圖10中，在面對光源1一側(cè)的透明基板71上形成球差校正透明電極72和取向膜73。另一方面，在面對記錄介質(zhì)703一側(cè)的透明基板77上形成透明反電極76和取向膜75。液晶78密封在兩個(gè)透明基板71與77之間，并由密封元件74密封。為了便于說明夸大了圖10中所示的構(gòu)成元件，其厚度比與實(shí)際比例不同。
圖11A表示圖9和10中所示液晶光學(xué)元件70中，球差校正透明電極圖案410的一個(gè)例子。如圖11A中所示，在入射在液晶光學(xué)元件70上的光束的有效直徑10向內(nèi)限定50μm的內(nèi)部區(qū)域18中，形成用于提前相位的6個(gè)同心區(qū)域42至47。此處，參考電壓施加給區(qū)域41，并且該區(qū)域不具有將入射光束的相位提前的功能。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給區(qū)域42至47時(shí)，相對于透明反電極76產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域41。這些電壓通過導(dǎo)線54從控制電路253施加給球差校正電極圖案410(參見圖9)。
在圖11B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓波形203。當(dāng)該電壓施加給內(nèi)部區(qū)域18中的各區(qū)域41至47時(shí)，液晶光學(xué)元件70用于消除球差21，其中球差21是由于諸如記錄介質(zhì)703的透光保護(hù)層厚度不均勻等缺陷造成的。
圖11C表示校正之后的球差205。即，圖11B中的球差21校正成圖11C中的球差205。從而可知，通過液晶光學(xué)元件70進(jìn)行校正，從而抑制記錄介質(zhì)703的基片中產(chǎn)生球差。
圖12A表示根據(jù)本實(shí)施例另一種球差校正透明電極圖案420的一個(gè)例子。在圖12A中，在入射在液晶光學(xué)元件70上的光束有效直徑10向內(nèi)限定300μm的內(nèi)部區(qū)域18中，形成用于提前相位的四個(gè)區(qū)域42至45。區(qū)域41是施加參考電勢(此處以0V為例)的區(qū)域。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給各區(qū)域42至45時(shí)，相對于透明反電極76產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。這些電壓通過導(dǎo)線54從控制電路253施加給透明電極圖案420(參見圖9)。
在圖12B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓206。當(dāng)該電壓施加給透明電極圖案420中的各區(qū)域42至45時(shí)，液晶光學(xué)元件70用于消除記錄介質(zhì)703的基片中產(chǎn)生的球差21。
圖12C表示校正之后的球差207。即，圖12B中的球差21校正成圖12C中的球差207。從而可知，進(jìn)行校正以抑制記錄介質(zhì)703的基片中產(chǎn)生球差。
在圖11A和12A的說明中，說明將相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給球差校正透明電極圖案410和420的各區(qū)域，從而執(zhí)行控制，使所穿過光束的相位提前。不過，如果記錄介質(zhì)703的基片中產(chǎn)生的球差的方向與圖11B和12B中所示相反，則可以執(zhí)行控制，將與圖11B和12B中所示極性相反的負(fù)(-)電壓施加給透明電極圖案410和420的各區(qū)域。在這種情況下，穿過透明電極圖案410和420各區(qū)域的光束受到將其相位延遲的力的作用。
此處，如前面所述，優(yōu)選校正之后的球差(殘留球差)不大于光束波長的四分之一(根據(jù)瑞利四分之一波長原則)。并且，如前面所述，優(yōu)選校正之后的球差不大于光束波長的1/14(根據(jù)Marechal判據(jù))。另外，如前面所述，當(dāng)記錄介質(zhì)為傳統(tǒng)DVD時(shí)，優(yōu)選校正之后的球差不大于33mλ(根據(jù)DVD評價(jià)器中的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(33mλ))。
此處，將描述如圖29A中所示在有效直徑10內(nèi)部整個(gè)區(qū)域上形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的情形，與圖11A或12A中所示僅在有效直徑10內(nèi)部定義的內(nèi)部區(qū)域18中形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的情形之間的區(qū)別。
圖29A中所示的球差校正等效于在有效直徑10的整個(gè)區(qū)域上捕獲光束，并且所捕獲的光束通過液晶光學(xué)元件的有效直徑校正的情形，如前面圖5A中所示。不過，在此情形中，當(dāng)物鏡13受到激勵(lì)器7的作用而移動(dòng)時(shí)，液晶光學(xué)元件的有效直徑偏離物鏡的視場(參見圖5B)，不能實(shí)現(xiàn)有效的球差校正。
相反，圖11A中所示的球差校正等效于僅捕獲入射在有效直徑10向內(nèi)限定50μm的內(nèi)部區(qū)域上的光束，且所捕獲的光束受到與液晶光學(xué)元件有效直徑相應(yīng)的內(nèi)部區(qū)域18的校正這樣一種情形，如前面圖6A中所示。在此情形中，當(dāng)物鏡13受到激勵(lì)器7的作用發(fā)生移動(dòng)時(shí)，物鏡的視場中心偏離內(nèi)部區(qū)域18的中心，不過內(nèi)部區(qū)域18依然處于物鏡視場內(nèi)(參見圖6B)。從而，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的球差校正，不過與光束同光軸中心對準(zhǔn)的情形(參見圖6A)相比校正程度有所降低。
如圖所示，當(dāng)僅在有效直徑10內(nèi)定義的內(nèi)部區(qū)域18中形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域，并非在有效直徑10的整個(gè)區(qū)域上形成該區(qū)域時(shí)，即使為了進(jìn)行跟蹤激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡13，也能實(shí)現(xiàn)有效的球差校正。
即，由于相位提前(或相位延遲)區(qū)域設(shè)置成大體上處于物鏡視場之內(nèi)，與激勵(lì)器7引起的透鏡移動(dòng)無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)有效的球差校正。
下面的表2表示形成球差校正電極圖案的內(nèi)部區(qū)域，與為了進(jìn)行跟蹤與基于反射光束產(chǎn)生的RF信號的降質(zhì)(簡稱為信號抖動(dòng))有關(guān)的物鏡移動(dòng)量(＝軸偏離量)之間的關(guān)系。
光強(qiáng)信號的降質(zhì)定為A到D級A表示最好狀態(tài)，B表示良好狀態(tài)，C表示光強(qiáng)信號可以使用的狀態(tài)，D表示光強(qiáng)信號不可使用的狀態(tài)。為了構(gòu)成下面所示的表2，制造僅在有效直徑向內(nèi)規(guī)定0μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm或350μm的內(nèi)部區(qū)域中包含多個(gè)相位提前區(qū)域的液晶光學(xué)元件，并且通過將各液晶光學(xué)元件分別偏離物鏡光軸0μm、50μm、100μm、150μm和200μm，測量光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量。采用與圖9中所示相同的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)。[表2]

如從表2可以看出，即使發(fā)生0μm到200μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm至300μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成多個(gè)相位提前(或相位延遲)區(qū)域的任何液晶光學(xué)元件，可以實(shí)現(xiàn)大體上令人滿意的球差校正。由于可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的求差校正，RF信號的抖動(dòng)量得到抑制，使光學(xué)裝置可以使用。此處，僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的例子，相當(dāng)于圖11A中所示的例子，而僅在有效直徑向內(nèi)限定300μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的例子相當(dāng)于圖12A中所示的例子。
另一方面，在僅在有效直徑向內(nèi)限定0μm的內(nèi)部區(qū)域中(即，在有效直徑10的全部區(qū)域上)形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的液晶光學(xué)元件的情形中(即，圖29A中所示現(xiàn)有技術(shù)液晶光學(xué)元件)，如果產(chǎn)生的軸偏離為100μm或者更大，則不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ＜?，RF信號的抖動(dòng)量增大，使光學(xué)裝置變得不可用。
同樣，在僅在有效直徑向內(nèi)限定350μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的液晶光學(xué)元件的情形中，如果發(fā)生50μm或者更大的軸偏離，則不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ?。即，RF信號的抖動(dòng)量增大，使光學(xué)裝置不可用。推斷起來這是由于相位提前(或相位延遲)區(qū)域太小以至于不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)球差校正的原因。
由此，通過使用僅在有效直徑內(nèi)限定50μm至300μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的液晶光學(xué)元件，即使由于物鏡的跟蹤動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)生軸偏離，也能實(shí)現(xiàn)令人滿意的球差校正。
此處，可以將形成相位提前(或相位延遲)區(qū)域的內(nèi)部區(qū)域設(shè)定為與光學(xué)裝置的技術(shù)規(guī)格匹配。例如，如果預(yù)先已知跟蹤導(dǎo)致的軸偏離為100μm，那么該內(nèi)部區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)定為有效直徑向內(nèi)50μm至100μm。如果跟蹤導(dǎo)致的軸偏離更大，則根據(jù)技術(shù)規(guī)格內(nèi)部區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)置得越大。
由此，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，即使為了進(jìn)行跟蹤物鏡發(fā)生移動(dòng)，記錄介質(zhì)的基片中產(chǎn)生的球差也能得到令人滿意的校正，這是因?yàn)閷η虿钚Ｕ胸暙I(xiàn)的區(qū)域設(shè)定成基本上處于物鏡的視場之內(nèi)。
另外，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，由于用于球差校正的液晶光學(xué)元件不需要與物鏡組合成單一單元，可以通過簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)良好的球差校正和良好的跟蹤，不需要裝載激勵(lì)器。
(實(shí)施例3)圖13表示使用根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的液晶光學(xué)元件79的光學(xué)裝置1200。用相同附圖標(biāo)記表示與圖9中所示相同的部件。
在圖13中，光源101發(fā)射出的光束(650nm)被準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)變成具有有效直徑10的大體平行的光束；然后，該光束通過偏振分束器50，進(jìn)入液晶光學(xué)元件79。從液晶光學(xué)元件79發(fā)出的光束穿過四分之一波片55，被物鏡103(數(shù)值孔徑NA＝0.65)聚焦在記錄介質(zhì)704上。在本實(shí)施例中，有效直徑10(φ)選擇為3mm。
記錄介質(zhì)704反射的光束再次穿過物鏡103，四分之一波片55和液晶光學(xué)元件79，并被偏振分束器50改變方向朝向聚光鏡51傳播，聚光鏡51將光束聚焦在光檢測器52上。光束在受到記錄介質(zhì)704的反射時(shí)，振幅受到記錄在記錄介質(zhì)704軌道上的信息(凹坑)的調(diào)制，光檢測器52以光強(qiáng)信號的形式輸出。由該光強(qiáng)信號(RF信號)恢復(fù)所記錄的信息。
記錄介質(zhì)704為DVD，DVD是一種直徑為12cm、厚度為1.2mm的光盤。該光盤包含第一軌道表面705(處于光入射側(cè))和第二軌道表面706，信息記錄在這兩個(gè)表面上，并且在第一軌道表面上由聚碳酸酯等材料形成厚度為大約0.6mm的透光保護(hù)層。使用兩個(gè)信息層，使用650nm紅激光器作為光源101，并且使用數(shù)值孔徑(NA)＝0.65的透鏡作為物鏡103，可以獲得大約9.5GB的容量。
物鏡103固定于跟蹤激勵(lì)器7。激勵(lì)器7沿圖中箭頭A所示的方向移動(dòng)物鏡3，使經(jīng)過物鏡聚焦的光束嚴(yán)格地沿著記錄介質(zhì)704上的軌道。激勵(lì)器7設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)它的導(dǎo)線8，液晶光學(xué)元件79設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)后面所述透明電極圖案的導(dǎo)線54。
控制電路353根據(jù)軌道切換信號(未示出)將電壓施加給液晶光學(xué)元件79的球差校正透明電極圖案(圖11A或12A中所示的電極圖案410或420)。當(dāng)電壓沒有施加給球差校正透明電極圖案時(shí)，物鏡103將光束11聚焦成適于在第一軌道表面705上讀或?qū)?。另一方面，?dāng)電壓施加給球差校正透明電極圖案時(shí)，球差得到液晶光學(xué)元件79的校正，光束12聚焦成適于在第二軌道表面706上讀或?qū)憽?br> 另外，利用光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號，控制電路353檢測記錄介質(zhì)704的基片中產(chǎn)生的波前像差(主要為彗差)，并通過導(dǎo)線54(參見圖13)將電壓施加給彗差校正透明電極圖案(后面所述)，以便消除所檢測到的彗差。
圖13的液晶光學(xué)元件79具有類似于圖10中所示液晶光學(xué)元件70的結(jié)構(gòu)。此處假設(shè)在液晶光學(xué)元件79的透明電極72中形成圖11A或12A中所示的球差校正透明電極圖案410或420。此外，在液晶光學(xué)元件79的另一透明電極76中形成后面所述的彗差校正透明電極圖案320或330。
圖14A表示在液晶光學(xué)元件79的透明電極76中形成的彗差校正透明電極圖案320的一個(gè)例子。圖14A中所示的彗差校正透明電極圖案320與圖11A中所示的球差校正透明電極圖案410成對。在圖14A中，在入射在液晶光學(xué)元件79的光束的有效直徑10向內(nèi)限定50μm的內(nèi)部區(qū)域18中設(shè)置有兩個(gè)用于提前相位的區(qū)域32和33，和兩個(gè)用于延遲相位的區(qū)域34和35。在圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
當(dāng)將相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給區(qū)域32和33時(shí)，相對于相對側(cè)上的透明電極72產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)相對于參考電勢為負(fù)(-)的電壓施加給區(qū)域34和35時(shí)，同樣相對于相對一側(cè)上的透明電極72產(chǎn)生電勢差，電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。參考電勢(此處，以0V為例)施加給區(qū)域31。
利用光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號，控制電路353檢測記錄介質(zhì)704的基片中產(chǎn)生的波前像差(主要為彗差)，并通過導(dǎo)線54將電壓施加給彗差校正透明電極圖案320(參見圖13)，從而消除檢測到的彗差。
在圖14B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓121。當(dāng)該電壓施加給內(nèi)部區(qū)域18中的各區(qū)域31至35時(shí)，液晶光學(xué)元件79用于消除記錄介質(zhì)704相對光軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的彗差20。
圖14C表示校正之后的彗差122。即，圖14B中的彗差20校正成圖14C中的彗差122。從而可知通過液晶光學(xué)元件79進(jìn)行校正，從而抑制記錄介質(zhì)704的基片中產(chǎn)生彗差。
圖15A表示在液晶光學(xué)元件79的透明電極76中形成的彗差校正透明電極圖案330的一個(gè)例子。圖15A中所示的彗差校正透明電極圖案330與圖12A中所示的球差校正透明電極圖案420成對。在圖15A中，在入射在液晶光學(xué)元件79的光束的有效直徑向內(nèi)限定300μm的內(nèi)部區(qū)域18中設(shè)置兩個(gè)用于提前相位的區(qū)域32和33，和兩個(gè)用于延遲相位的區(qū)域34和35。在圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給區(qū)域32和33時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極72產(chǎn)生電勢差，并且電極之間液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)相對參考電勢為負(fù)(-)的電壓施加給區(qū)域34和35時(shí)，相對于相對側(cè)上的透明電極72產(chǎn)生電勢差，并且電極之間液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域31。
利用光檢測器52輸出的光強(qiáng)信號，控制電路353檢測記錄介質(zhì)704的基片中產(chǎn)生的波前像差(主要為彗差)，并通過導(dǎo)線54將電壓施加給彗差校正透明電極圖案330(參見圖13)，以便消除所檢測到的彗差。
在圖15B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓123。當(dāng)該電壓施加給透明反電極圖案330的各區(qū)域31至35時(shí)，液晶光學(xué)元件79用于消除記錄介質(zhì)704相對光軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的彗差20。
圖15C表示校正之后的彗差124。即，圖15B中的彗差20校正為圖15C中的彗差124。從而可知，通過液晶光學(xué)元件79進(jìn)行校正，抑制記錄介質(zhì)704的基片中產(chǎn)生彗差。
如同圖11A和15A中所示球差校正透明電極圖案410和420的情形，同樣，在彗差校正透明電極圖案320和330的情況下，當(dāng)僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm至300μm的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)相位提前和相位延遲區(qū)域時(shí)，即使由于跟蹤產(chǎn)生軸偏離，也能實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正。此處，僅在有效直徑向內(nèi)限定50μm的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)相位提前和相位延遲區(qū)域的例子相當(dāng)于圖14A中所示的例子，而僅在有效直徑向內(nèi)限定300μm的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)相位提前和相位延遲區(qū)域的例子相當(dāng)于圖15A中所示的例子。
當(dāng)如上所述在液晶光學(xué)元件79中設(shè)置圖11A或12A中所示的球差校正透明電極圖案410或420，以及圖14A或15A中所示的彗差校正透明電極圖案320或330時(shí)，可以校正在記錄介質(zhì)704如下一代高密度DVD上讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的球差和彗差。優(yōu)選用于球差校正透明電極圖案的內(nèi)部區(qū)域與用于彗差校正透明電極圖案的內(nèi)部區(qū)域彼此一致。另外，可將液晶光學(xué)元件79的相應(yīng)透明基板中形成的球差校正透明電極圖案與彗差校正透明電極圖案互換。
當(dāng)物鏡13與液晶光學(xué)元件79的光軸彼此精確對準(zhǔn)地安裝時(shí)，還可以設(shè)置如16A和16B中所示的左/右有限區(qū)域170。即，通過考慮最大跟蹤運(yùn)動(dòng)量(通常為200至300μm)，沿圖中X軸方向的相位控制區(qū)域限于從有效直徑的左側(cè)和右側(cè)向內(nèi)定義Zμm的左/右有限區(qū)域170，而使沿圖中Y軸方向的尺寸保持不變，即與有效直徑相同。用這種圖案也能校正球差和彗差。圖16A表示這種球差校正電極圖案430的一個(gè)例子，圖16B表示這種彗差校正電極圖案340的一個(gè)例子。
因此，可以在圖13中所示光學(xué)裝置1200的液晶光學(xué)元件79的相應(yīng)透明電極72和76中形成圖16A和16B中所示的波前像差校正電極圖案。
由此，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，通過根據(jù)軌道切換信號將電壓施加給球差校正透明電極圖案，可在記錄介質(zhì)704包含的多個(gè)軌道表面上正確地讀或?qū)憯?shù)據(jù)。
另外，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，球差校正透明電極圖案和彗差校正透明電極圖案均形成在預(yù)定的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，并且即使為了跟蹤物鏡發(fā)生移動(dòng)，對球差校正和彗差校正有作用的區(qū)域也設(shè)定為大體上處于物鏡的視場內(nèi)；結(jié)果，對于球差和彗差同時(shí)進(jìn)行令人滿意的校正。
(實(shí)施例4)
圖17表示使用根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的液晶光學(xué)元件90的光學(xué)裝置1300。用相同附圖標(biāo)記表示與圖1中所示相同的部件。結(jié)構(gòu)與圖1的不同之處在于使用兩個(gè)光源1和101，并且液晶光學(xué)元件90與圖1中使用的液晶光學(xué)元件60不同。
在使用第一光盤707(高密度光盤如DVD)時(shí)產(chǎn)生彗差，在使用第二光盤708時(shí)產(chǎn)生球差。此外，物鏡113的光軸與第一光盤707或第二光盤708上的軌道之間發(fā)生偏離(軸偏離)。為解決這一問題，物鏡113固定于跟蹤激勵(lì)器7，通過激勵(lì)器7使物鏡113的光軸沿著第一光盤707或第二光盤708上的軌道。激勵(lì)器7設(shè)有電源導(dǎo)線8。通過激勵(lì)器7沿圖中箭頭A所示的方向移動(dòng)物鏡113，使經(jīng)由物鏡113聚焦的光束嚴(yán)格地沿著第一光盤707或第二光盤708上的軌道。
不過，當(dāng)物鏡113通過激勵(lì)器7移動(dòng)時(shí)，液晶光學(xué)元件90與物鏡113之間的位置關(guān)系發(fā)生改變。假設(shè)彗差校正透明電極圖案與球差校正透明電極圖案設(shè)計(jì)成分別與光學(xué)裝置1300的有效直徑110和120匹配。即，液晶光學(xué)元件90設(shè)計(jì)成使第一光盤707的基片中產(chǎn)生的彗差與第二光盤708的基片中產(chǎn)生的球差，僅當(dāng)物鏡113與液晶光學(xué)元件90沿光軸精確對準(zhǔn)時(shí)才能得到理想的校正。因此，當(dāng)由于跟蹤導(dǎo)致液晶光學(xué)元件90與物鏡113之間的位置關(guān)系偏離理想位置時(shí)，液晶光學(xué)元件90不能充分校正波前像差。
鑒于上述情形，圖17中所示的光學(xué)裝置1300使用能令人滿意地校正彗差和球差的液晶光學(xué)元件90，與物鏡113的跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
在圖17中，第一光源1如半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的光束(650nm)，被準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直成大體平行的光束，該光束受到孔徑57的限制，成為有效直徑110為大約5mm的光束。然后該光束通過半反鏡56和偏振分束器50，進(jìn)入液晶光學(xué)元件90。液晶光學(xué)元件90發(fā)射出的光束穿過四分之一波片55，被物鏡113(數(shù)值孔徑NA＝0.65)聚焦在第一光盤707的軌道上。
另一方面，第二光源101如半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的光束(780nm)，被準(zhǔn)直透鏡102準(zhǔn)直成大體平行的光束，該光束受到孔徑58的限制，成為有效直徑120為大約4mm的光束。然后該光束被半反鏡56改變方向，穿過偏振分束器50，并進(jìn)入液晶光學(xué)元件90。液晶光學(xué)元件90發(fā)射出的光束穿過四分之一波片55，被物鏡113(數(shù)值孔徑NA＝0.65)聚焦在第二光盤708的軌道上。
第一光盤707為高密度光盤如DVD，即在軌道表面上具有0.6mm厚透明基片，并且一面的最大存儲容量為大約4.75GB。第二光盤708為諸如CD的光盤，其軌道表面上具有1.2mm厚透明基片，并且一面的最大存儲容量為大約600MB。
從第一光盤707或第二光盤708反射的光束再次穿過物鏡113，四分之一波片55和液晶光學(xué)元件90，被偏振分束器50改變方向朝向聚光鏡51傳播，聚光鏡51將光束聚焦在光檢測器52上。光束在被第一光盤707或第二光盤708反射時(shí)，振幅受到記錄在光盤軌道上的信息(凹坑)的調(diào)制，并且從光檢測器52作為光強(qiáng)信號輸出。從該光強(qiáng)信號(RF信號)恢復(fù)所記錄的信息。
當(dāng)寫入第一光盤707或第二光盤708時(shí)，從光源1或101發(fā)射出的光束的強(qiáng)度受到寫數(shù)據(jù)信號的調(diào)制，并且用經(jīng)過調(diào)制的光束照射光盤。根據(jù)光束強(qiáng)度使薄膜的折射率或顏色改變，或者形成凹陷，將數(shù)據(jù)寫入光盤?？赏ㄟ^調(diào)制施加給半導(dǎo)體激光裝置的電流，實(shí)現(xiàn)光束的強(qiáng)度調(diào)制，其中該半導(dǎo)體激光裝置用作光源1或101。
物鏡113固定于跟蹤激勵(lì)器7，激勵(lì)器7沿圖中箭頭A所示的方向移動(dòng)物鏡113，使經(jīng)由物鏡聚焦的光束精確地沿著第一光盤707或第二光盤708上的軌道。激勵(lì)器7設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)它的導(dǎo)線8。
液晶光學(xué)元件90具有下面將要描述的彗差校正透明電極圖案和球差校正透明電極圖案。
控制電路553根據(jù)光檢測器52發(fā)出的光強(qiáng)信號(RF信號)，檢測第一光盤707的傾斜引起的彗差。另外，控制電路553將與所檢測到的彗差成正比的電壓施加給彗差校正透明電極圖案，從而施加校正來消除第一光盤707讀或?qū)懫陂g產(chǎn)生的彗差。在第一光盤707的讀或?qū)懫陂g，控制電路553將參考電壓施加給球差校正透明電極圖案，使液晶光學(xué)元件90的球差校正功能保持在無效狀態(tài)。
控制電路553根據(jù)從第一光盤707切換到第二光盤708的操作時(shí)產(chǎn)生的切換信號(未示出)，切換控制。具體而言，在第二光盤708的讀或?qū)懫陂g，控制電路553將電壓施加給液晶光學(xué)元件90的球差校正透明電極圖案，從而施加校正以消除所產(chǎn)生的球差。另外，在第二光盤708的讀或?qū)懫陂g，控制電路553將參考電壓施加給彗差校正透明電極圖案，使液晶光學(xué)元件90的彗差校正功能保持在無效狀態(tài)。
圖18表示液晶光學(xué)元件90的剖面圖。圖18中所示的箭頭表示第一光源1或第二光源101發(fā)射出的光束進(jìn)入液晶光學(xué)元件90的方向。在圖18中，在光源一側(cè)的透明基板91上形成彗差校正透明電極92和取向膜93。另一方面，在光盤一側(cè)的透明基板97上形成球差校正透明電極96和取向膜95。液晶98密封在兩透明基板91與97之間，并且由密封元件94密封。為了便于說明夸大了圖18中所示的構(gòu)成元件，并且其厚度比與實(shí)際比率不同。與圖10的區(qū)別在于透明電極92和96分別具有彗差校正透明電極圖案和球差校正透明電極圖案，這與圖10中所示不同。
圖19A表示液晶光學(xué)元件90中形成的彗差校正透明電極圖案360的一個(gè)例子。如圖19A中所示，在入射在液晶光學(xué)元件90上的光束有效直徑110向內(nèi)限定80μm的內(nèi)部區(qū)域180中，設(shè)置兩個(gè)用于提前相位的區(qū)域32和33，和兩個(gè)用于延遲相位的區(qū)域34和35。在圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給區(qū)域32和33時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極96產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。當(dāng)彗差校正透明電極圖案360處于有效狀態(tài)時(shí)，球差校正透明電極圖案450保持在參考電壓。結(jié)果，穿過上述區(qū)域的光束受到使其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)相對于參考電勢為負(fù)(-)的電壓施加給區(qū)域34和35時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極96產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域31。這些電壓通過導(dǎo)線54(參見圖17)從控制電路553施加給彗差校正電極圖案360。
在圖19B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓127。當(dāng)該電壓施加給內(nèi)部區(qū)域180中的各區(qū)域31至35時(shí)，液晶光學(xué)元件90用于消除第一光盤707相對光軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的彗差20。
圖19C表示校正之后的彗差128。即，圖19B中的彗差20被校正成圖19C中的彗差128。從而可知，通過液晶光學(xué)元件90進(jìn)行校正，抑制第一光盤707的基片中產(chǎn)生彗差。
圖20A表示液晶光學(xué)元件90中形成的球差校正透明電極圖案450的一個(gè)例子，與圖19A中所示的彗差校正透明電極圖案360成對。如圖20A中所示，在入射在液晶光學(xué)元件90上的光束有效直徑120向內(nèi)限定70μm的內(nèi)部區(qū)域190中設(shè)置6個(gè)用于提前相位的同心區(qū)域42至47。此處，參考電勢施加給區(qū)域41，該區(qū)域不具有使入射光束的相位提前的功能。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給各區(qū)域42至47時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極92產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。當(dāng)球差校正透明電極圖案450處于有效狀態(tài)時(shí)，彗差校正透明電極圖案360保持為參考電壓。結(jié)果，穿過上述區(qū)域的光束受到使其相位提前的力的作用。參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域41。這些電壓通過導(dǎo)線(參見圖17)從控制電路553施加給球差校正電極圖案450。
在圖20B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓波形210。當(dāng)該電壓施加給內(nèi)部區(qū)域190中的各區(qū)域41至47時(shí)，液晶光學(xué)元件90用于消除第二光盤708的基片中產(chǎn)生的球差21。
圖20C表示校正之后的球差211。即，圖20B中的球差21被校正成圖20C中的球差211。從而可知，通過液晶光學(xué)元件90進(jìn)行校正，抑制第二光盤708的基片中產(chǎn)生球差。
圖21A表示根據(jù)本實(shí)施例另一種彗差校正透明電極圖案370的一個(gè)例子。在圖21A中，在入射在液晶光學(xué)元件90上的光束有效直徑110向內(nèi)限定500μm的內(nèi)部區(qū)域180中設(shè)有兩個(gè)用于提前相位的區(qū)域32和33，和兩個(gè)用于延遲相位的區(qū)域34和35。在圖中，附圖標(biāo)記31表示施加參考電勢的區(qū)域。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給區(qū)域32和33時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極96產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。另一方面，當(dāng)相對于參考電勢為負(fù)(-)的電壓施加給區(qū)域34和35時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極96產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位延遲的力的作用。參考電勢(此處以0V為例)施加給區(qū)域31。這些電壓通過導(dǎo)線54(參見圖17)從控制電路553施加給透明電極圖案370。
在圖21B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓波形129。當(dāng)該電壓施加給各區(qū)域31至35時(shí)，液晶光學(xué)元件90用于消除第一光盤707相對光軸傾斜時(shí)產(chǎn)生的彗差20。
圖21C表示校正之后的彗差130。即，圖21B中的彗差129被校正為圖21C的彗差130。從而可知，通過液晶光學(xué)元件90進(jìn)行校正，抑制在第一光盤707的基片中產(chǎn)生彗差。
圖22A表示根據(jù)本實(shí)施例另一種球差校正透明電極圖案460的一個(gè)例子。該電極圖案與圖21A中所示的彗差校正透明電極圖案成對。在圖22A中，在入射在液晶光學(xué)元件90上的光束有效直徑120向內(nèi)限定400μm的內(nèi)部區(qū)域190中形成用于提前相位的區(qū)域42至45。區(qū)域41是施加參考電勢(此處以0V為例)的區(qū)域。
當(dāng)相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給各區(qū)域42至45時(shí)，對于相對側(cè)上的透明電極92產(chǎn)生電勢差，并且電極之間的液晶分子的取向隨電勢差而變。結(jié)果，所穿過的光束受到使其相位提前的力的作用。這些電壓通過導(dǎo)線54(參見圖17)從控制電路553施加給透明電極圖案460。
在圖22B中，在X軸上描繪出施加給各區(qū)域的電壓212(光瞳坐標(biāo))。當(dāng)該電壓施加給透明電極圖案的各區(qū)域41至45時(shí)，液晶光學(xué)元件90用于消除第二光盤708的基片中產(chǎn)生的球差21。
圖22C表示校正之后的球差213。即，圖22B中的球差21被校正為圖22C的球差213。從而可知，通過液晶光學(xué)元件90進(jìn)行校正，抑制在第二光盤708的基片中產(chǎn)生球差。
在圖20A和22A的說明中，指出將相對于參考電勢為正(+)的電壓施加給球差校正透明電極圖案450和460的各區(qū)域，從而執(zhí)行控制，以便將所穿過的光束的相位提前。不過，如果第二光盤708的基片中產(chǎn)生的球差的方向與圖20B和22B中所示的極性相反，則可以進(jìn)行控制，將與圖20B和22B中所示極性相反的負(fù)(-)電壓施加給透明電極圖案450和460的各區(qū)域。在此情形中，穿過透明電極圖案450和460各區(qū)域的光束受到使其相位延遲的力的作用。
此處，如前面所述，優(yōu)選校正之后的彗差(殘留彗差)和校正之后的球差(殘留球差)不大于光束波長的四分之一(根據(jù)瑞利四分之一波長原則)。此外，如前面所述，優(yōu)選校正之后的彗差和校正之后的球差不大于光束波長的1/14(根據(jù)Marechal判據(jù))。另外，如前面所述，當(dāng)記錄介質(zhì)為傳統(tǒng)DVD時(shí)，優(yōu)選校正之后的彗差和校正之后的球差不大于33mλ(根據(jù)DVD評價(jià)器中的評價(jià)判據(jù)(33mλ))。
此處，將描述在有效直徑110或120內(nèi)部的整個(gè)區(qū)域上形成相位提前或相位延遲區(qū)域的情形，如圖25A或29A中所示，與僅在有效直徑110或120內(nèi)限定的內(nèi)部區(qū)域180或190中形成相位提前或相位延遲區(qū)域的情形，如圖19A，20A，21A或22A，這兩種情形之間的區(qū)別。
圖25A和29A中所示的波前像差校正相當(dāng)于通過獲取有效直徑110或120整個(gè)區(qū)域上的光束而進(jìn)行波前像差(主要為彗差和球差)校正的情形，如前面圖5A中所示。不過，在此情形中，當(dāng)激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡113時(shí)，液晶光學(xué)元件的有效直徑偏離物鏡的視場(參見圖5B)，不能實(shí)現(xiàn)有效的波前像差校正。
相反，圖19A，20A，21A或22A中所示的波前像差校正相當(dāng)于獲取僅入射在有效直徑110或120內(nèi)限定的內(nèi)部區(qū)域上的光束，并且用與液晶光學(xué)元件有效直徑相應(yīng)的內(nèi)部區(qū)域校正所獲取的光束這樣一種情形，如前面圖6A中所示。在此情形中，當(dāng)激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡113時(shí)，物鏡的視場中心偏離內(nèi)部區(qū)域的中心，不過內(nèi)部區(qū)域依然處于物鏡的視場內(nèi)(參見圖6B)。因此，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的波前像差校正，不過同內(nèi)部區(qū)域與光軸中心對準(zhǔn)的情形(參見圖6A)相比，校正度有所下降。
如圖所示，由于相位提前和相位延遲區(qū)域等僅形成在有效直徑110或120內(nèi)限定的內(nèi)部區(qū)域180或190中，而非在有效直徑110或120的整個(gè)區(qū)域上形成所述區(qū)域，即使為了跟蹤激勵(lì)器7移動(dòng)物鏡113，也能實(shí)現(xiàn)有效波前像差校正。
即，由于相位提前(或相位延遲)區(qū)域設(shè)置成基本處于物鏡的視場內(nèi)，與激勵(lì)器7引起的透鏡的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)有效的波前像差校正。
下面的表3表示其中形成有針對第一光盤707的彗差校正電極圖案的區(qū)域，與為了跟蹤與由第一光盤707的反射光產(chǎn)生的光強(qiáng)信號的降質(zhì)(簡稱為信號抖動(dòng))有關(guān)的物鏡113的移動(dòng)量(等于軸偏離的量)之間的關(guān)系。光強(qiáng)信號的降質(zhì)定為A到D級A表示最好狀態(tài)，B表示良好狀態(tài)，C表示光強(qiáng)信號可以使用的狀態(tài)，D表示光強(qiáng)信號不可使用的狀態(tài)。為了構(gòu)成下面所示的表格，制造僅在有效直徑向內(nèi)規(guī)定0μm、80μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm或600μm的內(nèi)部區(qū)域中包含相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件，并且通過將液晶光學(xué)元件分別偏離物鏡113的光軸0μm、50μm、100μm、150μm和200μm，測量光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量。采用如圖17中所示相同的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)，并且選擇有效直徑(φ)為5mm，物鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.65。


如從表中可以看出，即使發(fā)生0μm到100μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑110內(nèi)限定的80μm內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的彗差校正電極圖案，可以實(shí)現(xiàn)大體上令人滿意的球差校正。另外，即使發(fā)生0μm至150μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑110向內(nèi)限定100μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的彗差校正電極圖案，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正。此外，即使發(fā)生0μm至200μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑110向內(nèi)限定200μm至500μm的內(nèi)部區(qū)域中形成的相位提前和相位延遲區(qū)域的彗差校正電極圖案，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正。由于可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正，光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量得到抑制，使光學(xué)裝置可以使用。此處，僅在有效直徑向內(nèi)限定80μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的例子，相當(dāng)于圖19A中所示的例子，而僅在有效直徑向內(nèi)限定500μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的例子，相當(dāng)于圖21A中所示的例子。
另一方面，在僅在有效直徑向內(nèi)限定0μm的內(nèi)部區(qū)域中(即在有效直徑的整個(gè)區(qū)域上)形成相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件的情形中(即，圖25A中所示液晶光學(xué)元件)，如果發(fā)生100μm或更大的軸偏離，則不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ?。結(jié)果，光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量增大。
同樣，在僅在有效直徑向內(nèi)限定600μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件中，如果發(fā)生50μm或更大軸偏離，則不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ?，結(jié)果光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量增大。這大約是由于相位提前和相位延遲區(qū)域太小以至于不能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)像差校正的原因。
由此，通過使用僅在有效直徑向內(nèi)限定80μm至500μm的內(nèi)部區(qū)域中形成相位提前和相位延遲區(qū)域的液晶光學(xué)元件中，即使由于物鏡的跟蹤動(dòng)作發(fā)生軸偏離，也能實(shí)現(xiàn)令人滿意的彗差校正。
此處，可以將將要形成相位提前和相位延遲區(qū)域的內(nèi)部區(qū)域設(shè)置成與光學(xué)裝置的技術(shù)規(guī)格匹配。例如，如果預(yù)先已知跟蹤導(dǎo)致的軸偏離為100μm，則內(nèi)部區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)定為有效直徑向內(nèi)80μm至100μm。如果跟蹤導(dǎo)致的軸偏離增大，則根據(jù)技術(shù)規(guī)格內(nèi)部區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)置得越大。
下面的表4表示形成有球差校正電極圖案的內(nèi)部區(qū)域，與用于跟蹤時(shí)與第二光盤708的反射光產(chǎn)生的光強(qiáng)信號的降質(zhì)(簡稱為信號抖動(dòng))有關(guān)的物鏡113的移動(dòng)量(等于軸偏離的量)之間的關(guān)系。光強(qiáng)信號的降質(zhì)定為A到D級A表示最好狀態(tài)，B表示良好狀態(tài)，C表示光強(qiáng)信號可以使用的狀態(tài)，D表示光強(qiáng)信號不可使用的狀態(tài)。為了構(gòu)成下面所示的表格，球差校正電極圖案設(shè)計(jì)成僅在有效直徑120向內(nèi)規(guī)定0μm、70μm、100μm、200μm、300μm、350μm、400μm或500μm的內(nèi)部區(qū)域包含多個(gè)相位提前(或相位延遲)區(qū)域，并且通過將液晶光學(xué)元件分別偏離物鏡113的光軸0μm、50μm、100μm、150μm和200μm，測量光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量。采用如圖17中所示相同的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)，并且選擇有效直徑(φ)為4mm，物鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.65。


如從表中可以看出，即使發(fā)生0μm到100μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑120向內(nèi)限定70μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成多個(gè)相位提前(或相位延遲)區(qū)域的球差校正電極圖案，可以實(shí)現(xiàn)大體上令人滿意的球差校正。另外，即使發(fā)生0μm至150μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑120向內(nèi)限定100μm的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)相位提前區(qū)域的球差校正電極圖案，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的球差校正。此外，即使發(fā)生0μm至200μm的軸偏離，用其中僅在有效直徑120向內(nèi)限定200μm至400μm的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)相位提前區(qū)域的球差校正電極圖案，可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的球差校正。由于可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的球差校正，光強(qiáng)信號的抖動(dòng)量得到抑制，使光學(xué)裝置可以使用。此處，僅在有效直徑120向內(nèi)限定70μm的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成多個(gè)相位提前區(qū)域的例子，相當(dāng)于圖20A中所示的例子，而僅在有效直徑向內(nèi)限定400μm的內(nèi)部區(qū)域中形成多個(gè)相位提前區(qū)域的例子，相當(dāng)于圖22A中所示的例子。
如上所述，對于球差校正電極圖案，優(yōu)選僅在有效直徑120向內(nèi)限定70μm至400μm的內(nèi)部區(qū)域中形成的多個(gè)相位提前(或相位延遲)區(qū)域。
此處，可以交換彗差校正電極圖案與球差校正電極圖案關(guān)于進(jìn)入液晶光學(xué)元件90的光束的位置。
由此，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，由于彗差校正電極圖案和球差校正電極圖案僅形成在預(yù)定的內(nèi)部區(qū)域中，可以用簡單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)良好的彗差校正和良好的球差校正，與跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
另外，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，由于對于彗差校正和球差校正有貢獻(xiàn)的區(qū)域設(shè)定為，即使為了跟蹤而移動(dòng)物鏡，也基本上處于物鏡視場之內(nèi)，對于各記錄介質(zhì)的基片中產(chǎn)生的彗差和球差可進(jìn)行令人滿意的校正。
此外，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，由于用于球差校正的液晶光學(xué)元件不必與物鏡組合成一個(gè)單元，可用簡單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)良好的球差校正和良好的跟蹤，無需裝載激勵(lì)器。
另外，在本實(shí)施例的液晶光學(xué)元件和使用其的光學(xué)裝置中，液晶的一個(gè)電極圖案作為球差校正圖案，另一個(gè)作為彗差校正圖案；這不僅解決了前面所述的記錄介質(zhì)的盤傾斜與液晶光學(xué)元件的軸偏離問題，而且還可以處理諸如下一代高密度DVD的記錄介質(zhì)，以及具有多個(gè)軌道表面的記錄介質(zhì)如DVD。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)裝置的液晶光學(xué)元件，該光學(xué)裝置具有光源，用于將來自所述光源的光束聚焦在介質(zhì)上的物鏡，和移動(dòng)所述物鏡以校正所述物鏡的軸偏離的跟蹤裝置，所述液晶光學(xué)元件包括第一透明基板；第二透明基板；密封在所述第一與第二透明基板之間的液晶；以及電極圖案，該電極圖案作為將所述光束的相位提前或延遲且校正波前像差的區(qū)域，其中所述區(qū)域被形成為小于所述物鏡的視場，使所述區(qū)域基本上處于所述物鏡的視場內(nèi)，與所述跟蹤裝置的跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)元件，其中所述電極圖案為彗差校正電極圖案，并且所述區(qū)域具有將所述光束的相位提前的第一區(qū)域，和將所述光束的相位延遲的第二區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中所述電極圖案具有第三區(qū)域，所述第三區(qū)域基本上不改變所述光束的相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中所述區(qū)域僅具有一個(gè)所述第一區(qū)域和僅具有一個(gè)所述第二區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中所述區(qū)域具有兩個(gè)所述第一區(qū)域和兩個(gè)所述第二區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)50μm至300μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)元件，其中所述電極圖案為球差校正電極圖案，并且所述區(qū)域具有多個(gè)用于將所述光束的相位提前或延遲的子區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)50μm至300μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件，其中所述電極圖案包括形成在第一和第二透明基板其中之一上的彗差校正電極圖案，和形成在第一和第二透明基板另一個(gè)上的球差校正電極圖案。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液晶光學(xué)元件，其中用于所述彗差校正電極圖案的所述區(qū)域具有用于將所述光束的相位提前的第一區(qū)域，和用于將所述光束的相位延遲的第二區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶光學(xué)元件，其中所述彗差校正電極圖案具有第三區(qū)域，所述第三區(qū)域基本上不改變所述光束的相位。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)80μm至500μm。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液晶光學(xué)元件，其中用于所述球差校正電極圖案的所述區(qū)域具有多個(gè)用于將所述光束的相位提前或延遲的子區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)70μm至400μm。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中所述彗差校正電極圖案用于DVD。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中所述球差校正電極圖案用于CD。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶光學(xué)元件，其中所述物鏡為用于所述DVD的物鏡。
30.一種用于將光束聚焦在介質(zhì)上的光學(xué)裝置，包括光源；用于將來自所述光源的光束聚焦在所述記錄介質(zhì)上的物鏡；跟蹤裝置，用于移動(dòng)所述物鏡以校正所述物鏡的軸偏離；以及與所述物鏡分離安裝的液晶光學(xué)元件，其中所述液晶光學(xué)元件包括第一透明基板；第二透明基板；密封在所述第一與第二透明基板之間的液晶；以及電極圖案，該電極圖案作為將所述光束的相位提前或延遲并且從而校正波前像差的區(qū)域，其中所述區(qū)域小于所述物鏡的視場，使得所述區(qū)域基本上處于所述物鏡的視場內(nèi)，與所述跟蹤裝置的跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)裝置，其中所述電極圖案為彗差校正電極圖案，并且所述區(qū)域具有用于將所述光束的相位提前的第一區(qū)域，和將所述光束的相位延遲的第二區(qū)域。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中所述電極圖案具有第三區(qū)域，所述第三區(qū)域基本上不改變所述光束的相位。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中所述區(qū)域僅具有一個(gè)所述第一區(qū)域和僅具有一個(gè)所述第二區(qū)域。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中所述區(qū)域具有兩個(gè)所述第一區(qū)域和兩個(gè)所述第二區(qū)域。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)50μm至300μm。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)裝置，其中所述電極圖案為球差校正電極圖案，并且所述區(qū)域具有多個(gè)用于將所述光束的相位提前或延遲的子區(qū)域。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)50μm至300μm。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，還包括電壓施加裝置，該電壓施加裝置根據(jù)產(chǎn)生的球差向所述球差校正電極圖案施加電壓。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，其中所述記錄介質(zhì)具有多個(gè)軌道表面，并且所述光學(xué)裝置還包括電壓施加裝置，所述電壓施加裝置根據(jù)所述多個(gè)軌道表面激勵(lì)所述球差校正電極圖案。
46.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)裝置，其中所述電極圖案包括形成在第一和第二透明基板其中之一上的彗差校正電極圖案，和形成在第一和第二透明基板另一個(gè)上的球差校正電極圖案。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，其中用于所述彗差校正電極圖案的所述區(qū)域具有用于將所述光束的相位提前的第一區(qū)域，和用于將所述光束的相位延遲的第二區(qū)域。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，其中所述彗差校正電極圖案具有第三區(qū)域，所述第三區(qū)域基本上不改變所述光束的相位。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)80μm至500μm。
50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述第一與第二區(qū)域整體上形成得小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，用于所述球差校正電極圖案的所述區(qū)域具有多個(gè)用于將所述光束的相位提前或延遲的子區(qū)域。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)70μm至400μm。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/4之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在λ/14之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
57.根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學(xué)裝置，其中當(dāng)所述跟蹤裝置處于非操作狀態(tài)時(shí)，所述多個(gè)子區(qū)域小于所述物鏡的視場，且處于物鏡視場內(nèi)，使所述像差校正之后所述光束的殘留彗差保持在33mλ之內(nèi)，其中λ為所述光束的波長。
58.根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)裝置，還包括開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置根據(jù)所使用的所述記錄介質(zhì)在所述彗差校正電極圖案與所述球差校正電極圖案之間切換操作。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)裝置，其中所述彗差校正電極圖案用于DVD。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)裝置，其中所述球差校正電極圖案用于CD。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)裝置，其中所述物鏡為用于所述DVD的物鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及提供液晶光學(xué)元件校正波前像差(主要是彗差和球差)，該液晶光學(xué)元件可以獨(dú)立于物鏡安裝；并且涉及使用該液晶光學(xué)元件的光學(xué)裝置。根據(jù)本發(fā)明的液晶光學(xué)元件包括第一透明基板，第二透明基板，密封在第一與第二透明基板之間的液晶，以及電極圖案，作為提前或延遲光束相位、從而校正波前像差的區(qū)域，其中使所述區(qū)域小于物鏡的視場，使該區(qū)域基本上處于物鏡的視場之內(nèi)，與跟蹤裝置的跟蹤動(dòng)作無關(guān)。
文檔編號G11B7/00GK1685411SQ20038010016
公開日2005年10月19日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者橋本信幸 申請人:西鐵城時(shí)計(jì)株式會社