JP2003173564A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ディスクの再生信号強度の低下、変動、およ
び光ディスクへの書き込み光量の変動のない光ヘッド装
置を提供する。 【解決手段】入射光の波面を変化させる液晶素子４と、
液晶素子４を構成する透明基板に形成された電極領域の
外周部より小さくなるように、入射光の径を制限する絞
り４０とを対物レンズ６とビームスプリッタ２との間に
設置して、光ヘッド装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクなどの
光記録媒体の記録・再生を行う光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクであるＤＶＤは、同じく光デ
ィスクであるＣＤに比べディジタル情報が高密度で記録
されており、ＤＶＤを再生するための光ヘッド装置は、
光源の波長をＣＤの７８０ｎｍよりも短い６５０ｎｍま
たは６３５ｎｍとしたり、対物レンズの開口数（ＮＡ）
をＣＤの０．４５よりも大きい０．６にして光ディスク
面上に集光するスポット径を小さくしている。

【０００３】さらに、次世代の光記録においては光源の
波長を４００ｎｍ程度、ＮＡを０．６以上とすること
で、より大きな記録密度を得ることが提案されている。
しかし、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が原因
で、光ディスク面が光軸に対して直角より傾くチルトの
許容量や光ディスクの厚さムラの許容量が小さくなる。

【０００４】これら許容量が小さくなる理由は、光ディ
スクのチルトの場合にはコマ収差が発生し、光ディスク
の厚さムラの場合には球面収差が発生するために、光ヘ
ッド装置の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難に
なることによる。高密度記録において、光ディスクのチ
ルトや厚さムラに対する光ヘッド装置の許容量を拡げる
ためにいくつかの方式が提案されている。

【０００５】一つの方式として、通常光ディスクの接線
方向と半径方向との２軸方向に移動する対物レンズのア
クチュエータに、検出されたチルト角に応じて対物レン
ズを傾けるように傾斜用の軸を追加する方式がある。し
かし、この追加方式では球面収差は補正できないこと
や、アクチュエータの構造が複雑になるなどの問題があ
る。

【０００６】また別の方式として、対物レンズと光源と
の間に備えた位相補正素子により波面収差を補正する方
式がある。この補正方式では、アクチュエータに大幅な
改造を施すことなく光ヘッド装置に素子を組み入れるだ
けで光ディスクのチルトの許容量や厚さムラの許容量を
拡げることができる。

【０００７】例えば、位相補正素子を用いて光ディスク
のチルトを補正する上記の補正方式に特開平１０−２０
２６３がある。これは、位相補正素子を構成している液
晶などの複屈折性材料を挟持している一対の基板のそれ
ぞれに、電極が分割されて形成された分割電極に電圧を
印加して、複屈折性材料の実質的な屈折率を光ディスク
のチルト角に応じて変化させ、この屈折率の変化により
発生した透過光の波面変化により、光ディスクのチルト
で発生したコマ収差を補正する方式である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位相補
正素子など光ヘッド装置に液晶を用いた場合、液晶素子
に電圧を印加すると、印加電圧に影響されて光ディスク
の再生信号強度が変化する問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものであり、光源と、光源から
の出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズ
と、光記録媒体に集光され反射された出射光を受光する
光検出器と、光源と光記録媒体との間の光路中に配置さ
れた液晶素子とを備える光ヘッド装置において、液晶素
子は液晶に電圧を印加するための電極を備え、電極が占
める領域内のみに光源からの出射光が制限されて入射さ
れることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。

【００１０】また、前記電極が占める領域の径より小さ
い有効径内に、入射光を制限するための絞りを配置した
上記の光ヘッド装置を提供する。

【００１１】また、光源と、光源からの出射光を光記録
媒体に集光させるための対物レンズと、光記録媒体に集
光され反射された出射光を受光する光検出器と、光源と
光記録媒体との間の光路中に配置された液晶素子とを備
える光ヘッド装置において、液晶素子は液晶に電圧を印
加するための電極を備え、電極が占める領域の大きさは
対物レンズの瞳径と対物レンズのトラッキング時に移動
できる範囲を含めた有効光束透過範囲より幅で０．１ｍ
ｍ以上大きいこと特徴とする光ヘッド装置を提供する。

【００１２】さらに、前記液晶素子が出射光の波面を変
化させることができる波面補正素子である上記の光ヘッ
ド装置を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の光ヘッド装置の
一例を示す。本例は、ＣＤ、ＤＶＤ、青色光出射の半導
体レーザなどを用いる光ディスク装置の光ディスクに情
報を記録したり再生するためのものである。本光ヘッド
装置は光源である半導体レーザ１、コリメートレンズ
３、対物レンズ６、対物レンズを搭載したアクチュエー
タ７、光ディスク８、プリズム型ビームスプリッタ２お
よび光検出光学系７７を有する。さらに、半導体レーザ
１からの出射光の波面を変化させる液晶素子４を配置し
た。この液晶素子４は液晶に電圧を印加できる電極を持
つ透明な基板に挟まれている。４０は、液晶素子４へ入
射する光の領域を制限する絞りである。

【００１４】光源である半導体レーザ１からの出射光は
コリメートレンズ３により平行光となり、液晶素子４を
透過し、アクチュエータ７に設置された対物レンズ６に
より光ディスク８上に集光される。この光ディスクに反
射された出射光は、再び対物レンズ６および液晶素子４
を透過する。光の出射波面を変化させる液晶層を挟持し
た液晶素子（図８）は、液晶分子が平行配向したものを
用いることができる。

【００１５】図８は液晶素子の構造の一例である。透明
基板２１ａ、２１ｂがシール材２２により接着され液晶
セルを形成している。ガラス基板２１ａの内側表面に
は、内側表面から電極２４ａ、シリカなどを主成分とす
る絶縁膜２５ａ、配向膜２６がこの順に、またガラス基
板２１ｂの内側表面には、内側表面から電極２４ｂ、上
記の絶縁膜２５ｂ、配向膜２６がこの順に被膜されてい
る。

【００１６】電極２４ａは電極引出部２７が設けられて
いる。液晶セル内部には液晶が充填され液晶層２３とさ
れており、図８に示した液晶分子２８は、一方向に配向
されたホモジニアス配向の状態にある。

【００１７】液晶層に印加する電圧を変化させることに
より、光ディスクの再生信号が変化する従来の問題につ
いて解析を行った結果、次のようなメカニズムであるこ
とが判明した。

【００１８】図８において、透明な電極２４ａ、２４ｂ
間に電圧を印加すると、対向して重なる電極の領域の液
晶層に電圧が印加され、液晶層の屈折率が変化する。こ
のとき２つの電極２４ａ、２４ｂの対向して重ならない
領域の液晶層に電圧は印加されず屈折率は変化しない。

【００１９】そのため、電圧が印加された部分と印加さ
れない部分とでは屈折率が異なり、この２種の屈折率領
域の境界付近を透過する光はこの屈折率差により図７に
示すように散乱・回折され、透過光の波面が乱れ、さら
に透過率が低下する。なお、図７における符号で図８の
符号と同じものは、同じ要素を示す。

【００２０】電圧を印加することでこのように光が回折
され、実質的に波面の乱れのない光で対物レンズに到達
する光が減少する。この減少により、光ディスクの再生
信号強度が低下したり、光ディスクへの書き込み光量が
変化する。さらに、印加する電圧を変化させると、液晶
層に電圧が印加された部分とされない部分との屈折率差
が変化し、回折効率が変化し、光ディスクの再生信号強
度が変動することがわかった。

【００２１】本発明では、液晶層に電圧を印加する電極
のサイズは、入射光の径に対して充分に大きなサイズで
あることが好ましい。このことで、電極が形成されてい
る領域と形成されていない領域の境界付近に光が照射さ
れることがなくなり、液晶層に印加する電圧を変化させ
ても再生信号光量が変化しなくなった。

【００２２】しかしながら、この電極サイズを大きくす
ると液晶素子の外形サイズが大きくなり、光ヘッド装置
の小型化を困難にし、また液晶素子のコストアップにも
なっていた。

【００２３】したがって、図１に示すように液晶素子４
への入射光の径を制限する絞り４０を配置することが好
ましい。この絞り４０は、液晶素子の光源側または光デ
ィスク側のいずれに配置してもよい。光源側に配置した
場合には、入射光を制限することで、電極の形成領域と
電極の非形成領域との境界に光が照射されることはな
く、この境界領域で回折が起こらないのでより好まし
い。

【００２４】液晶素子に備えられた電極が占める領域の
大きさは対物レンズの瞳径と対物レンズのトラッキング
時に移動できる範囲を含めた有効光束透過範囲より幅で
０．１ｍｍ以上大きい。これによって、液晶素子の透過
光に散乱・回折に基づく波面の乱れを確実に発生させな
い。

【００２５】図６には、上記の絞り内径４２と液晶素子
の電極４１の関係を示した。内径４２内部の分割した領
域は、電極を表す。図６に示すように絞り内径４２は電
極４１外径と同じか、または小さいことが好ましい。そ
の重なり幅Ｗが小さいと、光が絞りを透過するときに絞
りで回折された光が回りこみ、電極外周部に到達し、液
晶層に電圧を印加することで回折を起こすことがあるの
で、重なり幅Ｗは０.１ｍｍ以上であることが好まし
い。また、この重なり幅Ｗは大きいほうが好ましいが、
この重なり幅Ｗが大き過ぎると、液晶素子の外形サイズ
も大きくなるので、Ｗは０.１ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下
が好ましい。さらに０.２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が同
様の理由で好ましい。

【００２６】この絞りは、コリメートレンズ３のホルダ
と一体化することや、ビームスプリッタと一体化するこ
ともできるが、できるだけ液晶素子に近いほうが、この
絞りにより回折した光が液晶素子の電極外周部に回り込
むのを防ぐことができるので好ましい。この絞り４０
は、図５に示すように液晶素子と別体で配置することも
できるし、図２に示すように液晶素子に接合したり、さ
らに液晶素子のホルダ部分（図示せず）で光が通る開口
部分の径を絞りとして利用することもできる。また、液
晶素子の表面に遮光膜を形成し液晶素子と完全に一体化
することもできる。図２および図５における符号で、図
８の符号と同じものは、同じ要素を示す。

【００２７】また、図４に示すように液晶素子の電極２
４ｂが形成されているものと同じ基板に絞り４０を作成
することもできる。この場合、図３に示すように電極４
１の外周と絞り４０の内径とをほぼ一致させることが好
ましい。図４における符号で、図８の符号と同じもの
は、同じ要素を示す。

【００２８】この絞り材料を金属などの導電性材料で作
成してもよいが、その場合電極との絶縁性を考慮し絞り
の内径を若干大きくし、５０μｍから１μｍまでのわず
かな間隔を電極との間に設けることが好ましい。また、
この絶縁のための間隔が大きいと、この間隔の領域を透
過する光が液晶の電圧変化により回折するのでこの間隔
は１０μｍ以下とすることが好ましい。

【００２９】この液晶素子の、光ヘッド装置における収
差補正機能について図８に基づき説明する。液晶層中の
液晶分子の配向方向と入射光の偏光方向が一致した場合
に、液晶層に電圧を印加することで実効的な屈折率が変
化し、光の偏光状態をほとんど変化させずに、光の波面
を変化させることができる。このことで出射光は、液晶
素子を透過するときに偏光状態をほとんど変化させるこ
となく、液晶層に電圧を印加することで光の波面を変化
させることができる。

【００３０】ここで、液晶層２３を挟むそれぞれの基板
には、光ディスク基板の厚み偏差や多層光ディスクの再
生により発生する、球面収差の補正用に分割された図９
に示すような電極（同心円は分割線を表す）を設ける。
また、光ディスクの傾斜（チルト）により発生するコマ
収差の補正用に分割された図３に示すような電極や、図
９示す電極との組み合わせを設けてもよい。

【００３１】または、連続的な電圧分布を発生させるた
めの電極として、図１０に示すように、基板の表面に薄
膜の電極８０を形成し、所望の電圧分布となるようにこ
の分割しない電極８０上に、それぞれの収差に対処でき
る形状の複数の給電部材８１、８２、８３を設ける。８
４は給電部材用に引出配線である。そして、それぞれの
給電部材に上記球面収差の場合と同様に適切な電圧を印
加することで、給電部材間の電極面内での電圧降下を利
用し、給電部材間の電極面内に連続的な電圧分布を発生
させてもよい。

【００３２】また、液晶素子に４分の１波長板などの波
長板を積層することで部品点数を減らすことができる。
さらに、対物レンズを搭載したアクチュエータに液晶素
子を搭載することで、トラッキング時に対物レンズと液
晶素子とが一体に動き、この２つ部品の位置ズレによる
収差補正性能に劣化はない。

【００３３】液晶素子に使用する液晶材料は、ディスプ
レイ用途などに用いられるネマティック液晶などが好ま
しく、カイラル剤の添加によりツイストさせてもよい。
また、使用する基板の材料としては、ガラス、ポリカー
ボネート系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩
化ビニル系樹脂などが使用できるが、耐久性などの点か
らガラスの基板が好ましい。

【００３４】４分の１波長板としては、４分の３波長板
や、４分の５波長板などの４分の１波長の奇数倍の位相
差をもつものでもよい。また、材料としては、水晶やＬ
ｉＮｂＯ_３のような複屈折性単結晶を用いてもよいし、
高分子液晶、ポリカーボネートなどの有機物膜を用いて
もよい。

【００３５】光検出器より得られる光ディスクの例えば
再生信号の強度が最適となるように、液晶素子４に向け
て制御電圧発生手段である液晶素子制御回路により電圧
が出力される。液晶素子制御回路より出力される電圧
は、光ディスクの厚み偏差量、チルト量、液晶素子と対
物レンズの位置ずれなどに応じた電圧であり、液晶素子
の電極に印加する実質的に変化する電圧となる。

【００３６】

【実施例】本実施例の光ヘッド装置は、光ディスクの傾
き偏差により生ずるコマ収差を補正する液晶素子である
位相補正素子を備えている。対物レンズは光ディスクが
傾くとコマ収差を発生し信号の読み取り精度が低下す
る。このコマ収差を補正する位相補正素子を図１に示す
光ヘッド装置の液晶素子４として組み込んだ。この位相
補正素子（図８を参照）は、液晶分子２８の配向方向
が、半導体レーザからの出射光の波面を変化させるよう
に、液晶層２３を透過するときの出射光の偏光方向に平
行とした。

【００３７】この液晶層２３は図８に示すように、液晶
層２３を、シール材２２で囲み、配向膜２６、中間膜２
５ａ、２５ｂ透明電極膜２４ａ、２４ｂおよびガラス基
板２１ａ、２１ｂではさみ込む構成とした。本実施例で
は液晶層を挟む２枚の透明基板であるガラス基板には、
液晶層に電圧を印加できるように図６に示すようにコマ
収差に対応したセグメントに分割されたＩＴＯからなる
透明電極を形成した。位相補正素子の光源側表面には、
図２に示すように絞りを黒色樹脂で印刷形成した。この
絞りは図６に示すように、絞りの内径４２が電極４１の
外周部より小さくなるように形成し、この絞りと電極の
重なり幅Ｗは０.３ｍｍとした。

【００３８】対物レンズのＮＡを０．６とし、光ディス
クの反射面までのカバー層厚が約０．６ｍｍの光ディス
クで信号再生特性を調べた。位相補正素子に電圧を印加
しても、光ディスクの再生信号が変動することなく、良
好な再生書き込み特性が得られた。また、各セグメント
の電極へは、光ディスクの傾きによるコマ収差を補正す
るよう所望の電圧を印加することにより、コマ収差を充
分に補正し再生特性は良好であった。

【００３９】また、液晶素子に形成された電極の領域内
にのみに入射光を制限したため、液晶層の電圧の印加部
分と非印加部分とで発生する屈折率差に入射光が影響さ
れず、液晶素子の透過光に散乱・回折に基づく波面の乱
れがなかった。このため光ヘッド装置において、光ディ
スクの再生信号強度が低下、変動したり、光ディスクへ
の書き込み光量が変化することがなかった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
液晶素子に形成された電極の領域内にのみに入射光を制
限したため、液晶層の電圧の印加部分と非印加部分とで
発生する屈折率差に入射光が影響されず、液晶素子の透
過光に散乱・回折に基づく波面の乱れを生じない。この
ため、光ヘッド装置において、光ディスクの再生信号強
度が低下、変動したり、光ディスクへの書き込み光量が
変化することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す
概念的断面図。

【図２】本発明における液晶素子と絞りの位置関係の一
例を示す概念的断面図。

【図３】 本発明における液晶素子の電極と絞りの大小
関係の一例を示す概念的平面図。

【図４】本発明における液晶素子と絞りの位置関係の他
の例を示す概念的断面図。

【図５】本発明における液晶素子と絞りの位置関係の別
の例を示す概念的断面図。

【図６】本発明における液晶素子の電極と絞りの大小関
係の他の例を示す概念的平面図。

【図７】従来の液晶素子と透過光の状態の一例を示す概
念的断面図。

【図８】液晶素子の構成の一例を示す概念的断面図。

【図９】球面収差を補正する、本発明における液晶素子
に形成された分割電極パターンを示す模式的平面図。

【図１０】球面収差を補正する本発明における液晶素子
の電極および給電部材パターンを示す模式的平面図。

【符号の説明】

１：半導体レーザ ２：ビームスプリッタ ３０：コリメートレンズ ６：対物レンズ ７：アクチュエータ ８：光ディスク ７７：光検出光学系 ２１ａ、２１ｂ：ガラス基板 ２２：シール材 ２３：液晶層 ２４ａ、２４ｂ：電極 ２５：絶縁膜 ２６：配向膜 ２８：液晶分子 ４０：絞り ８０：透明電極 ８１〜８３：給電部材 ８４：引出配線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、光源からの出射光を光記録媒体に
   集光させるための対物レンズと、光記録媒体に集光され
   反射された出射光を受光する光検出器と、光源と光記録
   媒体との間の光路中に配置された液晶素子とを備える光
   ヘッド装置において、液晶素子は液晶に電圧を印加する
   ための電極を備え、電極が占める領域内のみに光源から
   の出射光が制限されて入射されることを特徴とする光ヘ
   ッド装置。
2. 【請求項２】前記電極が占める領域の径より小さい有効
   径内に、入射光を制限するための絞りを配置した請求項
   １記載の光ヘッド装置。
3. 【請求項３】光源と、光源からの出射光を光記録媒体に
   集光させるための対物レンズと、光記録媒体に集光され
   反射された出射光を受光する光検出器と、光源と光記録
   媒体との間の光路中に配置された液晶素子とを備える光
   ヘッド装置において、液晶素子は液晶に電圧を印加する
   ための電極を備え、電極が占める領域の大きさは対物レ
   ンズの瞳径と対物レンズのトラッキング時に移動できる
   範囲を含めた有効光束透過範囲より幅で０．１ｍｍ以上
   大きいこと特徴とする光ヘッド装置。
4. 【請求項４】前記液晶素子が出射光の波面を変化させる
   ことができる波面補正素子である請求項１、２または３
   記載の光ヘッド装置。