专利名称：球面像差补偿元件、其制造方法及光学拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由全息聚合物液晶构成的球面像差补偿元件、制造这种 元件的方法以及包括这种元件的光学拾取装置。
背景技术：
包括压縮光盘(以下称为CD)以及数字通用光盘(以下称为DVD)的 光记录盘被广泛使用。此外，近年来正在进行提高光盘密度的研究以增加光 盘记录的信息量。例如，在市面上开始出现像HD-DVD (其是一种高等级 DVD)以及蓝光光盘(以下称为BD)这样的高密度光盘。这种光盘的记录/再现利用光学拾取装置进行，光学拾取装置能够通过向 光盘照射光束来记录或读取信息。光盘类型不同，则光学拾取装置中使用的 物镜的数值孔径(NA)或光源的波长也不同。例如，对于CD，物镜的NA 为0.50，光源的波长为780 nm;对于DVD，物镜的NA为0.65，光源的波 长为650 nm;对于HD-DVD，物镜的NA为0.65，光源的波长为405 nm; 而对于BD，物镜的NA为0.85，光源的波长为405nm。如上所述，由于光盘的类型不同，使用的物镜的NA或光源的波长也不 同，所以可认为对于不同的光盘应使用不同的光学拾取装置。因此有利的是， 在一个光学拾取装置中，用于将光束聚焦在光盘记录表面上的一个物镜对应 于多个光盘，从而使光学拾取装置体积縮小，结构简化等。但是，不同标准的光盘例如CD、 DVD或者BD，覆盖层厚度不同。因 此会出现以下问题覆盖层的厚度误差导致球面像差；在对光盘进行再现的 过程中，当使用同一装置向光盘照射不同波长的激光时，物镜4与光盘之间 工作距离(以下称为WD)的减少导致物镜4与光盘发生碰撞，特别是对于 CD，如图7A、图7B以及图7C所示。通常采用以下方法(参见JP-A-H10-92000)来解决上述问题移动设置 在光源与物镜之间的准直镜，以消除由于覆盖层厚度误差导致的球面像差； 或者，使用补偿入射光像差的液晶衍射元件，即在一对玻璃基板之间设置一 对透明电极，将液晶封装在这对透明电极之间，在电极之间施加电压，改变 液晶的折射率。但是，当提供致动器来驱动准直镜时，会出现这样的问题包括致动器 的装置体积增加，装置的整体设计复杂。图8A和图8B示出将光束聚焦在物镜上的特征，图8A示出不使用液晶 衍射元件的情形，而图8B示出使用液晶衍射元件的情形。如图所示，当通 过在物镜4前设置液晶衍射元件13来补偿球面像差，以使具有预定角度的 发散光进入物镜4时，在对CD等进行再现的情况下，能够延长WD，从而 能够解决上述WD縮短以及各种光盘的球面像差问题。不过，即使液晶衍射 元件13衍射的光线产生了土1阶光，但实际上仅使用土l阶光的其中一个。 因此，会出现这样的问题在需要极高光强的再现和记录操作期间，由于光 利用率低而不能适当地进行再现和记录操作。发明内容考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种球面像差补偿元件，能够通 过抑制球面像差的产生而形成精细点(fine spot)，在使用时补偿由于覆盖 层的厚度误差导致的球面像差，并且当再现和记录不同标准的光盘时保证适 当的WD，本发明还提供一种包括这种球面像差补偿元件的光学拾取装置。为了实现上述目的，根据本发明的结构为这样一种球面像差补偿元件， 其中，通过将液晶分子以预定模式(pattern)分散在聚合物树脂中形成的全 息聚合物分散液晶介于对置的一对透明基板之间。在根据本发明的结构的球面像差补偿元件中，所述聚合物树脂和液晶的 折射率基本上相同，以及在所述透明基板与所述全息聚合物分散液晶之间设置有透明电极。一种制造根据本发明结构的球面像差补偿元件的方法，该方法包括步 骤将液晶与聚合物树脂的混合液体设置在透明基板之间，并将光的干涉带 照射到所述混合液体上。根据本发明，提供一种光学拾取装置，包括..光源，发出波长彼此不同 的光束；物镜，将所述光源发出的光束聚焦在光记录介质的记录表面上；以
及光电检测器，接收从所述记录表面反射的光束；其中，所述球面像差补偿 元件设置在光轴上，并且比所述物镜更靠近所述光源。在根据本发明的结构的光学拾取装置中，设置至少两个或更多个球面像 差补偿元件。根据本发明的第一方案，所述球面像差补偿元件构成为由液晶分子与 聚合物树脂形成的全息聚合物分散液晶介于透明基板之间。因此，通过使预 定角度的发散光入射到物镜上，消除了球面像差，因而可以补偿球面像差并 保证适当的WD。此外，同时通过球面像差补偿元件的光束仅产生球面像差所需的+ 1阶 光。因此，与使用已知的产生士l阶光的向列型液晶的已知球面像差补偿元 件相比，能够保证高的光利用率。此外，用全息聚合物分散液晶形成的球面像差补偿元件具有波长选择 性，因此除了特定波长光线之外的绝大部分光束可通过该元件。因此，即使在使用利用不同波长的BD、 DVD以及CD时，也可以减少对于光利用率的 影响。此外，根据本发明的第二方案，透明电极介于透明基板与全息聚合物分 散液晶之间，电压施加在透明电极上。当除了特定波长之外的光通过球面像 差补偿元件时，就可以进一步提高透射率，并进一步提高光利用率。此外，根据本发明的第三方案，球面像差补偿元件通过以下步骤制造 将液晶分子与聚合物树脂的混合液体注入透明基板的间隙中，将光的干涉带 照射到所述混合液体上。因此易于制造球面像差补偿元件。此外，在根据本发明的第四方案包括光源、物镜以及光电检测器的光学 拾取装置中，球面像差补偿元件设置在光轴上，并且比所述物镜更靠近所述 光源。因此，通过使用具有出色的光利用率的球面像差补偿元件，就可以在 要求高光强的再现和记录过程中进行适当的再现和记录操作。此外，根据本发明的第五方案，通过提供多个球面像差补偿元件，在使用多个光盘例如CD或DVD时产生的各种球面像差能够由对应的球面像差 补偿元件个别地补偿。因此，可以提供兼容BD、 DVD以及CD的光学拾取 装置。此外，由于球面像差补偿元件具有波长选择性，所以即使在使用利用 不同波长的BD、 DVD以及CD时，也可以减少对于光利用率的影响。
图1为示出根据本发明的光学拾取装置的方框图。图2A为示出根据本发明的球面像差补偿元件结构的示意透视图。 图2B为沿着图2A中A-A'线的截面图。 图2C为沿着图2A中B-B'线的截面图。图3为示出相移模式(pattern)的曲线图，用于说明通过根据本发明的 球面像差补偿元件进行的球面像差补偿。图4为示出根据本发明的球面像差补偿元件的制造方法的示意图。 图5为示出根据本发明的球面像差补偿元件的制造方法的示意图。 图6A为示出在根据本发明的光学拾取装置中，将光束聚焦在光记录介 质(该介质为CD)上的情况下，其特征的示意图。图6B为示出在根据本发明的光学拾取装置中，将光束聚焦在光记录介 质(该介质为DVD)上的情况下，其特征的示意图。图7A为示出在现有技术的光学拾取装置中，将光束聚焦在光记录介质 (该介质为BD)上的情况下，其特征的示意图。图7B为示出在现有技术的光学拾取装置中，将光束聚焦在光记录介质 (该介质为DVD)上的情况下，其特征的示意图。图7C为示出在现有技术的光学拾取装置中，将光束聚焦在光记录介质 (该介质为CD)上的情况下，其特征的示意图。图8A为示出在现有技术的结构中，通过物镜将光束聚焦在光记录介质 (该介质为CD)上的情况下，其特征的示意图。图8B为示出在入射到现有技术的液晶衍射元件上的光束被衍射后作为 发散光发出，并通过物镜聚焦在光记录介质(该介质为CD)上的情况下， 其特征的示意图。
具体实施方式
以下参照
本发明的实施例。以下说明的实施例仅作为实例，因 此本发明不应理解为受限于以下说明的实施例。对于与图7和图8的已知实 例相比存在共同元件的情况，这些元件将采用相同的附图标记表示，并省略 其详细说明。 图1示出根据本发明实施例的光学拾取装置10的结构。光学拾取装置 IO包括激光光源l、分束器2、准直镜3、物镜4、聚焦透镜5、光电检测器6、球面像差补偿元件8以及反射镜9。 '在再现过程中，激光光源1发出的激光束经准直镜3后变为平行光束， 通过分束器2，被反射镜9改变其传播方向后入射到球面像差补偿元件8， 从球面像差补偿元件8出射后射向物镜4，然后被物镜4聚焦在光盘7的信 号表面上。光盘7的表面用预定厚度的覆盖层保护。此时，从信号表面反射的激光束的返回光线通过物镜4，再通过球面像 差补偿元件8，经分束器2反射后通过聚焦透镜5入射到光电检测器6。利 用这样的结构，从光电检测器6获得的光输出被用作跟踪检测信号和再现信 号。图1中示出的激光光源l采用三波长光源，也可以采用多个光源。当使用同一物镜4对标准彼此不同的光盘例如CD、 DVD或者BD进行 再现时，因为覆盖层的厚度彼此不同而出现这样的问题球面像差会损害再 现信号的质量。为了解决再现信号受损的问题，在物镜4与激光光源1之间的光轴上设 置球面像差补偿元件8，入射到球面像差补偿元件8上的激光以预定发散角 a出射，并以预定角度入射到物镜4上，从而消除球面像差，校正该球面像 差，保证足够的WD。被光盘7反射后以角度a入射到球面像差补偿元件8 的光线以平行光出射，然后向分束器2传播。折射角ci根据所使用的光盘类 型来设定。因此，通过设计最佳的发散角a，就可以个别地补偿由于使用波长彼此 不同的光对光盘进行再现和记录而造成的球面像差。在这种结构中，球面像 差补偿元件8的发散角a由构成球面像差补偿元件8的液晶分子的分散模式 (dispersepattern)确定，并具有波长选择性。因此，当再现和记录具有不同 标准的多个光盘时，必须提供具有不同出射光发散角a的多个球面像差补偿 元件8，并利用对应于不同标准的元件来进行球面像差的补偿。球面像差补偿元件8不仅具有发散角选择性，还具有波长选择性，特别 地，球面像差补偿元件8包括厚10um的全息聚合物分散液晶15，能够获 得高透射率。因此，不会出现例如透射率降低这样的问题，即使对于使用多 个波长以兼容BD/DVD/CD的光学拾取装置，也不需要透射率降低。 200710146871. 4说明书第6/8页以下详细描述球面像差补偿元件8。图2A为将球面像差补偿元件8的一部分切掉后的透视图，图2B为沿着图2A所示球面像差补偿元件8中A-A' 线的截面图，图2C为沿着B-B，线的截面图。球面像差补偿元件8包括全息 聚合物分散液晶15和玻璃板lla、 llb，全息聚合物分散液晶15介于玻璃板 lla与llb之间，玻璃板lla和llb是对置的一对透明基板。全息聚合物分 散液晶15由液晶分子15a和聚合物树脂15b构成，液晶分子15a以预定的三 维模式分散在聚合物树脂15b中(参见图2C)。将透明电极(图中未示出) 设置在各玻璃板lla和lib与全息聚合物分散液晶15之间后，全息聚合物 分散液晶15介于对置的一对透明电极之间，透明电极由透明基板lla和lib 支撑。透明电极的一个实例是ITO (铟锡氧化物)。此外，液晶分子15a采用直径100nm或更小的向列型液晶分子，聚合物 树脂15b采用折射率与由液晶分子15a组成的液晶基本上相同的材料，包含 上述成分的全息聚合物分散液晶15的厚度在几微米至几十微米的范围内。液晶分子15a由近晶型液晶分子等组成而不是由向列型液晶分子组成， 因此可以获得高定向稳定性，并且在施加电场后能够很好地保持定向状态。分散在聚合物树脂15b中的液晶分子15a排列成同心圆的形状，其间隔 沿着从圆心向外的方向减小，使得进入球面像差补偿元件8表面的光线越靠 近同心圆的外侧，则出射光线的发散角越大，如图2B所示。如图3 (示出相移模式)所示，由于光盘7覆盖层的厚度不规则性导致 球面像差的原因在于像差值从物镜4的中心到同心圆分布形状的外侧一直增 加。液晶分子15a的排列模式，即消除这种形状的像差的像差补偿模式被设 计为三维模式，其中，根据像差的大小划分每个区域，从而能够连续地消除 球面像差，进而抑制剩余像差。在本发明中，图2C所示聚合物树脂15b中 液晶分子15a的排列模式仅为一实施例，但排列模式不限于该实施例。以下描述分散在聚合物树脂15b中液晶分子15a的排列模式的设计方 法。根据本发明的球面像差补偿元件8通过以下步骤制造首先在光强度大. 的反节点(anti-node)部分开始聚合物的光聚作用，然后在干涉带中光强度 小的节点部分形成液晶分子15a的排列模式，其中，干涉带通过从不同方向 发射的激光束之间的干涉形成。图4为示出根据本发明的球面像差补偿元件8的制造方法的示意图。入8 射到球面像差补偿元件8的激光以预定发散角a出射，然后光线入射到物镜4。此时，必须进行球面像差的补偿操作，并将光线聚焦在光盘7的聚焦点 7a上。因此，从聚焦点7a发出特定波长光线的、通过物镜4后以入射角a 入射的激光与通过准直镜3调整为平行光的、相当于该特定波长光线的激光， 这两个光束相互干涉，形成干涉带。然后，将液晶分子15a与光固化树脂熔 化并混合后形成的混合液体注入两个玻璃板lla与llb之间的间隙，再将玻 璃板设置在形成有干涉带的区域。这样，就可以基于照射在混合液体上的千 涉带形成液晶分子15a的排列模式。采用这种结构，当形成干涉带的一束光入射到用上述方法制造的球面像 差补偿元件8上时，与形成干涉带的一束光相当的另一束光从球面像差补偿 元件8出射。结果，通过准直镜3调整为平行光的特定波长光线入射到球面 像差补偿元件8上。因此，发散角为a的光从球面像差补偿元件8出射，并 通过物镜4聚焦在聚焦点7a上。以下详细描述用于DVD应用的球面像差补偿元件8。当如图5所示制造 球面像差补偿元件8时，从激光光源1出射的、通过准直镜3调整为平行光 的红激光被半透半反镜12分为两束光， 一束红激光利用反射镜9入射到第 一透镜ll，聚焦在DVD盘7的聚焦点7a上，然后通过物镜4以恒定的入射 角入射到设置有球面像差补偿元件8的预定区域上。采用这种结构，就可以 在预定区域形成从相当于DVD盘上聚焦点7a的点发出的红激光。如上所述，来自聚焦点7a的一束入射光与来自激光光源1的另一束光 相互干涉，在设置有球面像差补偿元件8的预定区域中形成干涉带。在该区 域中，将液晶分子15a与光固化树脂熔化并混合后形成的混合液体被注入两 个玻璃板lla与llb之间的间隙，干涉带照射在混合液体上。结果，液晶分 子15a形成预定的排列模式，从而制造出用于DVD应用的球面像差补偿元 件8。也可以利用相应的激光以与上述方式相同的方式制造用于CD和BD应 用的球面像差补偿元件8。采用如上所述的这种结构，液晶分子15a的三维排列模式利用干涉带形 成，并能够进一步抑制剩余像差，其中，干涉带通过从不同方向照射的激光 之间的干涉形成。 此外，如上所述制造的球面像差补偿元件8具有对发散角Q的选择性以 及波长选择性，即基本上除了特定波长之外所有波长的光线都可以通过该元件。因此，当制造BD/DVD/CD兼容的光学拾取装置时，使用球面像差补偿元 件8能够补偿对应于不同波长的各种光线的球面像差，其中，分别对应于例 如DVD、 CD等的球面像差补偿元件8集成在装置中。图6A和图6B示出当提供用于CD和DVD应用的球面像差补偿元件8a 和8b时将被聚焦在光盘上的光的传播。当使用CD作为光盘时，红外波长的 光通过用于DVD应用的球面像差补偿元件8b，从用于CD应用的球面像差 补偿元件8a以预定发散角ci 1发散，从而进行球面像差补偿，如图6A所示。 当使用DVD作为光盘时，红色波长的光从用于DVD应用的球面像差补偿元 件8b以预定发散角a 2发散，通过用于CD应用的球面像差补偿元件8a，从 而进行球面像差补偿，如图6B所示。当使用BD时，如果将物镜设计为最 优化用于BD应用，则蓝色波长的光通过各个球面像差补偿元件8，因此不 需要补偿球面像差。此外，透明电极(图中未示出)设置在组成球面像差补偿元件8的各玻 璃板lla和lib与全息聚合物分散液晶15之间，并在全息聚合物分散液晶 15上施加电压。采用这种结构，就可以在传输的光的波长不是特定波长时通 过抑制光衰减来提高光利用率。原因在于，在没有向透明电极施加电压的状态下，入射光因为液晶分子 15a与聚合物树脂15b之间的折射率差而散射(参见图2C)，只有满足布拉 格条件的特定波长的光在预定方向上发散；但是，在向透明电极施加了电压 的状态下，液晶分子15a定向，对于光轴方向液晶分子15a和聚合物树脂15b 的折射率基本上一致，因此光基本上不发生散射。此外，本发明不限于上述实施例，可修改为各种形式。本发明的技术范 围包含将在不同优选实施例中公开的各种技术手段适当结合后获得的实施 例。
权利要求
1、一种球面像差补偿元件，包括全息聚合物分散液晶，通过将液晶分子以预定模式分散在聚合物树脂中形成，所述全息聚合物分散液晶介于对置的一对透明基板之间。
2、 如权利要求1所述的球面像差补偿元件，其中，所述聚合物树脂和液晶的折射率基本上相同，以及 在所述透明基板与所述全息聚合物分散液晶之间设置有透明电极。
3、 一种制造如权利要求1所述的球面像差补偿元件的方法，所述方法 包括步骤将液晶与聚合物树脂的混合液体设置在透明基板之间，并将光的 干涉带照射到所述混合液体上。
4、 一种制造如权利要求2所述的球面像差补偿元件的方法，所述方法 包括步骤将液晶与聚合物树脂的混合液体设置在透明基板之间，并将光的 干涉带照射到所述混合液体上。
5、 一种光学拾取装置，具有如权利要求1所述的球面像差补偿元件， 所述光学拾取装置包括光源，发出波长彼此不同的光束；物镜，将所述光源发出的光束聚焦在光记录介质的记录表面上；以及 光电检测器，接收从所述记录表面反射的光束；其中，所述球面像差补偿元件设置在光轴上，并且比所述物镜更靠近所 述光源。
6、 一种光学拾取装置，具有如权利要求2所述的球面像差补偿元件， 所述光学拾取装置包括光源，发出波长彼此不同的光束；物镜，将所述光源发出的光束聚焦在光记录介质的记录表面上；以及 光电检测器，接收从所述记录表面反射的光束；其中，所述球面像差补偿元件设置在光轴上，并且比所述物镜更靠近所 述光源。
7、 如权利要求5所述的光学拾取装置，其中，设置至少两个或更多个 球面像差补偿元件。
8、 如权利要求6所述的光学拾取装置，其中，设置至少两个或更多个 球面像差补偿元件。
全文摘要
一种光学拾取装置，至少包括激光光源、物镜、光电检测器以及球面像差补偿元件。所述球面像差补偿元件构成为将液晶分子以预定模式分散在聚合物树脂中形成的全息聚合物分散液晶介于通过透明电极对置的一对透明基板之间。此外，至少两个或更多个球面像差补偿元件设置在光轴上，并且比所述物镜更靠近所述激光光源。
文档编号G02B27/42GK101131484SQ20071014687
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月25日
发明者筱部光义, 藤井仁, 长岛贤治 申请人:船井电机株式会社