JP2004039004A

JP2004039004A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2004039004A
Application number: JP2002190089A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Osawa; 大澤　光生
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP4168680B2

Abstract

【課題】光ヘッド装置の光源からの出射光の出力を変化させずに、光記録媒体上における光の光量を変化させることができ、光記録媒体の情報の記録および再生の特性の優れた装置を得る。
【解決手段】光ヘッド装置における光源である半導体レーザ１と集光手段である集光レンズ５との間の光路中に、透明電極が形成された２枚の透明基板間に液晶層が挟持された液晶可変型移相子３と、液晶可変型移相子３の光出射側に偏光状態に応じて透過光の光量を変化させる偏光子４が配置され、それぞれの透明電極には液晶層に電圧が印加できるように電圧制御装置１１が接続されている光ヘッド装置とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ヘッド装置に関し、特に光記録媒体による情報の記録および再生のために使用する光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの光記録媒体による情報の記録および再生を行う光ヘッド装置においては、対物レンズなどにより光記録媒体上に集光される光量は、情報の記録時には大きく、情報の再生時には小さくする必要がある。また、光検出器保護のため光検出器に到達する光の光量を調整する必要がある。従来、この必要性を満たすため、光を出射する半導体レーザへの注入電流を変化させて半導体レーザからの出射光量を変化させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、使用する半導体レーザによっては、出射光量を減少させるため注入電流を小さくしたとき、ノイズが増加したり、出射光量が不安定になるなどの問題があった。
【０００４】
本発明は、使用する半導体レーザの出射光量を変化させずに、光記録媒体上に集光させる光量や検出器に到達する光量を変化させ、情報の記録および再生特性の優れた光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光手段と、集光された出射光の光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、光源と光検出器との間の光路中に種々の位相差を発生させることができる液晶可変型移相子と、液晶可変型移相子の少なくとも光出射側に偏光状態に応じて透過光の光量を変化させる偏光子が配置され、液晶可変型移相子は、２枚の透明基板の対向するそれぞれの面に透明電極が形成され、透明電極間には液晶層が挟持され、それぞれの透明電極には液晶層に電圧が印加できるように電圧制御装置が接続されている、ことを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【０００６】
また、前記液晶可変型移相子の光入射側および光出射側の少なくとも一方に、入射光に対して一定の大きさの位相差を発生させる固定型移相子が配置されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００７】
また、前記偏光子が、第１の直線偏光と第１の直線偏光と直交する偏光方向を有する第２の直線偏光に対する直進透過率が異なる偏光回折型の偏光子である上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００８】
さらに、前記光検出器に加えて、前記偏光子を透過する光の光量を検出する検出手段を有し、検出手段によって検出された検出光量に応じて、液晶層に印加される電圧が前記電圧制御装置により制御される上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００９】
【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。半導体レーザ１より出射された光はコリメートレンズ２により平行光とされ液晶可変型移相子３を透過する。電圧制御装置１１を用いて液晶可変型移相子３には外部から電圧を印加できる。液晶可変型移相子３に印加する電圧は液晶の焼きつきを防止するため、矩形波出力の交流電圧とすることが好ましく、また周波数は１００から５０００Ｈｚ程度がよい。
【００１０】
液晶可変型移相子３を透過した光は、偏光子４を透過する。偏光子４は、入射する光の偏光方向に応じて透過する光量を変化させるものである。ここでいう透過する光量とは光ヘッド装置光学系の光軸上の光量のことであり、ビームスプリッタや回折格子などのように光路を変えて、実質な光学系の光軸を進む光量を変化させる光路変換型の偏光子も含まれる。
【００１１】
例えば偏光ビームスプリッタ、プリズム、偏光回折型の回折格子、ホログラム回折格子、偏光性ホログラム回折格子、積層型偏光子、また吸収材分散型や誘電体多層膜型の偏光子などを用いることができる。図１の例では、偏光子４として偏光ビームスプリッタを用いた。
偏光子４を透過した光は、λ／４板８を透過後、アクチュエータ６に搭載された集光レンズ５により光記録媒体７上に集光される。
【００１２】
光記録媒体７で反射された光は上記の光路を逆に進む。図１の例では、偏光子４として偏光ビームスプリッタを用いているので、光路を逆に進む光は偏光子４により反射された後、集光レンズ９により集光されて光検出器１０に到達する。このとき、液晶可変型移相子３に（実際には、液晶可変型移相子を構成する透明基板の表面に形成された透明電極に）複数の異なる電圧を印加することにより、液晶素子３を透過した光の偏光状態を変化させ、偏光子４を透過する光学系光軸上の光量を変えることができる。
【００１３】
光記録媒体の情報再生のために光記録媒体上に集光される光量Ｐ_１と記録のために集光される光量Ｐ_２との比Ｐ_１／Ｐ_２は、０．１〜０．８の範囲の値とすることが好ましい。この光量比であると、光記録媒体への情報の記録時には光量を１００％にして充分に情報の記録ができ、一方再生時には光量を記録時の光量に対して１０〜８０％の範囲の値とし、光記録媒体に情報を書き込むことなくＳ／Ｎを大きく取りながら情報の読みとりができる。
【００１４】
本発明の光ヘッド装置においては、半導体レーザ１より出射された光は、偏光子４を透過することによって光量が変化する。このため半導体レーザ１より出射された光が光検出器１０に到達するまでに通過する順路としては、液晶可変型移相子３、偏光子４の順番になる必要がある。すなわち、液晶可変型移相子３は偏光子４に対して、光路上半導体レーザ１側（光源側）に配置する必要がある。
【００１５】
図２に一例を示す本発明における液晶可変型移相子３は、例えばプラスチック、ガラスなどの透明基板１０１、１０２表面上に液晶への電圧印加用のＩＴＯなどの透明電極１０３、１０４と配向処理を施したポリイミドなどの配向膜１０５、１０６を形成する。透明電極１０３、１０４は、透明基板１０１、１０２表面の全面に一様に形成したいわゆるベタ電極、またはベタ電極を分割した分割電極であり、特に分割電極の場合、通過する光の光軸垂直断面内で光量を調整することができる。液晶可変型移相子の外周部をアクリル樹脂やエポキシなどのシール材１０７でシールしセルを形成後、液晶１０８を封入して液晶可変型移相子を作成する。また液晶１０８に電界を印加するため（実際には、透明基板１０１、１０２の表面に形成された透明電極１０３、１０４に電圧を印加するため）外部への電極取り出し部１０９を施した。
【００１６】
使用する液晶は、例えばネマティック液晶である。液晶分子の配向状態は、例えばホモジニアス、ホメオトロピック、ハイブリッド、チルト、ツイストなどが採用できる。特にツイストは、電圧により設定する光量の温度依存性を小さく抑え、また早い応答速度特性が得られるため好ましく、ツイスト角は２０〜８０度の範囲の値が好ましい。液晶分子のプレチルト角には特に制約はないが、０度から２０度程度までが好ましく、液晶の応答速度、温度特性などの観点から２度から５度までが特に好ましい。
【００１７】
例えば、液晶可変型移相子３は液晶分子が半導体レーザ１の偏光方向と４５度の角度をなす方向に揃ったホモジニアス配向とし、電圧無印加時の半導体レーザ１の波長（λ）に対する位相差がほぼλとなるようにされている。偏光子４の透過軸（入射光の偏光方向が一致したときに最大の透過率を与える軸）方向を半導体レーザ１の偏光方向と一致させておく。
【００１８】
液晶可変型移相子３への電圧無印加時、液晶可変型移相子３を透過した半導体レーザ１からの光は偏光方向が偏光子４の透過軸と一致しているため、偏光方向を変えずに偏光子４を１００％透過できる。次に液晶可変型移相子３に電圧を印加していくと、印加電圧の増加に伴い液晶層の厚さ方向に（基板に垂直になるように）液晶分子が傾く。これに伴い液晶可変型移相子３の位相差はλから徐々に小さくなり液晶可変型移相子３を透過した光の偏光状態は徐々に楕円偏光になり、偏光子４を透過する光量は徐々に小さくなる。
【００１９】
ここで偏光子４を透過する光量とは、光学系光軸を進む光の光量であり、図１においてはλ／４板８、集光レンズ５と進む光量である。そして液晶可変型移相子３が位相差λ／２を与える電圧（Ｖ_１）を印加した際、偏光子４を透過する光量は最小となり、さらに電圧を上げていくと光量は徐々に大きくなる。
【００２０】
このようにして、偏光子４を透過する光量を、半導体レーザの出力を変化させずに液晶可変型移相子に印加する電圧により変化させる（調整する）ことができる。この構成で、偏光子４の透過軸方向を半導体レーザ１の偏光方向と直交する方向と一致させておけば電圧非印加時に透過光量最小、電圧印加時に徐々に透過光量を増加させることもできる。
【００２１】
また、上記液晶可変型移相子の光入射側または光出射側の少なくとも一方に入射光に対して一定の位相差を与える固定型移相子を配置できる。この固定型移相子は、例えば水晶やニオブ酸リチウムなどの光学結晶や、ポリカーボネート、ポリノルボルネンなどの延伸した樹脂フィルム、高分子液晶などの有機材料が使用できる。特に高分子液晶はその作製の簡便さに加えて、位相差、遅相軸方向の制御、調整が容易であり好ましい。
【００２２】
一例として図１の光学系に本固定型移相子を追加し図３に示すような光ヘッド装置の光学系とできる。本例では、液晶可変型移相子３の光入射側に固定型移相子１２を配置したが、光出射側に配置しても両側に配置してもよい。固定型移相子の位相差、遅相軸、進相軸の向きに特に制限はない。固定型移相子を配置することにより、液晶可変型移相子の位相差のオフセットを設定でき、実質的な設計自由度を高め、液晶可変型移相子の作製を容易にし、また液晶可変型移相子の応答速度の向上や、電圧により設定する光量の温度依存特性の向上などの効果がある。
【００２３】
例えば液晶可変型移相子３は液晶分子が半導体レーザ１の偏光方向と４５度の角度をなす方向にそろったホモジニアス配向とし、固定型移相子の位相差をλ／８とし、その進相軸を液晶可変型移相子（位相差５λ／８）の配向方向（遅相軸）と同じ方向とする。偏光子４の透過軸方向を半導体レーザ１の偏光方向と直交する方向に一致させておく。
【００２４】
液晶可変型移相子に印加する電圧が０Ｖの際に、固定型移相子に入射した光は１００％偏光子を透過させることができ、また印加する電圧を徐々に大きくすると、偏光子４を透過する光量は徐々に小さくなり、前述の固定型移相子を使用しない例と同様に動作させることができる。この際液晶可変型移相子の位相差は５λ／８と小さく設定でき、前述の例と比較して液晶可変型移相子の応答速度の向上とともに、液晶可変型移相子の作製が容易になる。さらに、偏光子を透過する光量の光源波長依存性や温度依存性が改善される。
【００２５】
また、偏光子として偏光回折型の偏光子を用いることは、その設計の自由度の高さに加え、小型化しやすくまた液晶可変型移相子と一体化しやすいなど極めて好ましい。図４に偏光回折型偏光子の１例を示す。ガラスやプラスチックなどの透明基板２０１の片面に、常光屈折率ｎ_ｏおよび異常光屈折率ｎ_ｅ（ｎ_ｏ≠ｎ_ｅ）を有する複屈折性材料で回折格子２０２を形成し、断面形状が凹凸状で段差ｄの周期構造となるようにする。
【００２６】
複屈折性材料としては、例えば水晶やニオブ酸リチウムなどの光学結晶、高分子液晶などの有機材料などがある。少なくとも凹部に屈折率ｎ_ｓ（常光屈折率ｎ_ｏまたは異常光屈折率ｎ_ｅに等しい）の屈折率等方性の透明材料２０３を充填して透明基板２０４を透明材料２０３に重ねて偏光回折型の偏光子を形成する。ここで、少なくともそれぞれの凹部にという意味は、凹部のみを充填してもよいし、凹凸部を埋めるように充填してもよい。
【００２７】
透明材料は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの無機物や、アクリル、エポキシなどの有機物が使用できる。特にアクリル系、エポキシ系の接着剤は、凹部の充填だけでなく透明基板２０１、２０２間の接着剤として使用できるため極めて有用である。ここで透明基板は離型して除去してもよく、または偏光回折型偏光子の作製方法によっては最初から設置しなくてもよい。
【００２８】
複屈折性材料の段差ｄに特に制約はなく、例えばｎ_ｏ＝ｎ_ｓの場合ｄとして、｜ｎ_ｅ−ｎ_ｓ｜×ｄ＝（２ｍ＋１）×λ／２（ｍは０または正の整数、λは入射光の波長）の関係を満足するように決めることにより、常光偏光の入射光は回折されずに直進透過し、異常光偏光の入射光は回折されて直進透過しない偏光回折型の偏光子となる。また、上式を満足しないｄの場合、異常光偏光の入射光には光量が発生して直進透過するが、これを利用して光量調整を行ってもよい。
【００２９】
また、本偏光回折型の偏光子を２つ以上積層した場合、偏光子の消光比（直交する２つの偏光成分の透過率の比）を大きくとれるため好ましい。偏光性回折格子としてはレンズ効果などをもたせたホログラム型とすると、光ヘッド装置の設計の自由度向上、および回折光による迷光の影響を減少させることができ好ましい。
【００３０】
偏光子を透過した光の光量を光検出器によりフィードバックし液晶可変型移相子に印加する電圧を制御すると、電圧により設定する光量の外部ノイズに対する安定性の向上、温度依存性向上などの効果がある。この光検出器は図１における光検出器１０を用いてもよいし、図５中の第２の光検出器１４のように偏光ビームスプリッタの反射光を利用してもよい。また、偏光子として偏光回折型の偏光子を使用する際には、回折光の光量を検出してもよい。
【００３１】
また、偏光子、液晶可変型移相子、固定型移相子の少なくとも２つ以上を一体化することは、部品点数の削減、小型化、調整の容易さなどの点おいて極めて好ましい。
【００３２】
【実施例】
まず液晶可変型移相子、固定型移相子、偏光子を組み合わせた光量調整器について、図６、７を用いて説明する。常光屈折率ｎ_ｏ（ＬＣ）＝１．５０および異常光屈折率ｎ_ｅ（ＬＣ）＝１．６１のネマティック液晶３０８を、ホモジニアス配向処理を施した配向膜３０５、３０６、透明電極３０３、３０４が片面に形成された厚さ０．５ｍｍの透明基板３０１、３０２に挟持し、外周部をシール剤３０７で接着シールし、液晶層の厚さｄＬＣを２．３μｍとした液晶セル（液晶可変型移相子）５０１を作製した。ここで、透明電極３０３、３０４はベタ電極とした。
【００３３】
液晶層（液晶可変型移相子）の遅相軸方向は、図７に示すＹ軸方向に対して４５度で基板に対して平行とした。液晶層には外部より電界が印加できるように電極取り出し部３０９を施した。また透明基板３１２上に常光屈折率ｎ_ｏ（ＰＬＣ）＝１．５５および異常光屈折率ｎ_ｅ（ＰＬＣ）＝１．６６で厚さ２．３μｍの高分子液晶層３１１を作製し位相板（固定型移相子）５０２を構成した後、液晶セル５０１に接着剤３１０で貼り合わせた。
【００３４】
ここで、図７に示すように位相板５０２の遅相軸方向を液晶可変型移相子の遅相軸方向と直交するようにし、液晶セル５０１への電圧非印加時に液晶セルのリタデーション値と位相板５０２のリタデーション値が相殺されるようにした。また、液晶セル５０１へ３．６Ｖの電圧を印加した際には、液晶セル５０１のリタデーション値が減少し、位相板５０２と合わせて０．２０３μｍのリタデーション値（波長４０５ｎｍに対して１／２）となる。
【００３５】
透明基板３１５上に常光屈折率ｎ_ｏ（ＰＬＣ）＝１．５５および異常光屈折率ｎ_ｅ（ＰＬＣ）＝１．６６で厚さ１．８５μｍの高分子液晶を用いて格子ピッチ１０μｍ、デューティ比１／２の回折格子３１４を作製し、屈折率１．５５の接着剤３１３により透明基板３１２に貼り付けた。さらに、回折格子３１４の凹部を接着剤３１３により充填するようにし偏光回折型の偏光子５０３とし、光量調整器５１０を作製した。ここで偏光回折型の偏光子５０３の回折光の偏光方向を図７中Ｘ軸方向としている。
【００３６】
作製された光量調整器５１０を、図１に示した光ヘッド装置に組み込んだ。図１中の液晶可変型移相子３の位置に光量調整器５１０を組み込み、電圧制御装置１１からの出力電圧によって制御した。ここで光量調整器５１０は、図７に示すＹ軸方向と波長４０５ｎｍの半導体レーザ１の出射光の偏光方向が一致するように配置した。
【００３７】
半導体レーザ１からの出射光は、コリメートレンズ２、液晶可変型移相子３の位置の光量調整器、偏光ビームスプリッタ４、λ／４板８の順に透過し、アクチュエータ６に保持された集光レンズ５を透過して光記録媒体７上に集光された。集光された光は光記録媒体７により反射され、集光レンズ５、λ／４板８の順に透過し偏光方向が９０度変化された後、偏光ビームスプリッタにより反射され集光レンズ９により光検出器１０に導かれた。
【００３８】
このとき、光量調整器に電圧を印加し光記録媒体７の位置に光検出器を配置し集光された光の光量を測定したところ、図８に示すように光量調整器に印加する電圧が０Ｖのときは９１％、電圧が２Ｖのときは３０％となり（半導体レーザからの出射光量を１００％とした）、光量調整器に印加する電圧により光記録媒体７に集光される光の光量を変化させることができた。
【００３９】
この光ヘッド装置を用いて、光記録媒体７に情報を記録するときは、光量調整器３に電圧を印加せず光記録媒体７に集光された光の光量を９１％とし、光記録媒体７から情報を再生するときは、半導体レーザ１の出力は変化させずに、光量調整器３に電圧を２Ｖ印加し光記録媒体７に集光された光の光量を３０％とする。こうして低ノイズで情報の再生が行われた。
【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可変型移相子と偏光子とを組み合わせて光ヘッド装置に配設する。このように構成することにより、液晶可変型移相子に形成された電極に電圧を印加するだけで、光源である半導体レーザの出射光の出力を変化させずに、光記録媒体上における光の光量を変化させることができ、光記録媒体の情報の記録および再生の特性の優れた光ヘッド装置を得ることができる。特に再生時の特性が優れ低ノイズでの再生ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の一例を示す概念図。
【図２】本発明における液晶可変型移相子の構造の一例を示す断面図。
【図３】本発明の光ヘッド装置の他の例を示す概念図。
【図４】本発明における偏光回折型の偏光子の一例を示す断面図。
【図５】本発明の光ヘッド装置の別の例を示す概念図。
【図６】実施例における光量調整器を示す断面図。
【図７】実施例における入射光の偏光方向、液晶可変型移相子の遅相軸方向、固定型移相子の遅相軸方向の関係を示す平面図。
【図８】本発明の光ヘッド装置における、液晶可変型移相子への印加電圧と光記録媒体上光強度との関係の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
２：コリメートレンズ
３：液晶可変型移相子
４：偏光子
５、９、１３：集光レンズ
６：アクチュエータ
７：光記録媒体
８：λ／４板
１０、１４：光検出器
１１：電圧制御装置
１２：固定型移相子
１０１、１０２、２０１、２０４、３０１、３０２、３１２、３１５：透明基板１０３、１０４、３０３、３０４：透明電極
１０５、１０６、３０５、３０６：配向膜
１０７、３０７：シール材
１０８：液晶
３０８：ネマティック液晶
１０９、３０９：電極取り出し部
２０２、３１４：回折格子
２０３：透明材料
３１０、３１３：接着剤
３１１：高分子液晶層
５０１：液晶セル
５０２：位相板
５０３：偏光回折型の偏光子
５１０：光量調整器

Claims

光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光手段と、集光された出射光の光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、
光源と光検出器との間の光路中に種々の位相差を発生させることができる液晶可変型移相子と、液晶可変型移相子の少なくとも光出射側に偏光状態に応じて透過光の光量を変化させる偏光子が配置され、
液晶可変型移相子は、２枚の透明基板の対向するそれぞれの面に透明電極が形成され、透明電極間には液晶層が挟持され、それぞれの透明電極には液晶層に電圧が印加できるように電圧制御装置が接続されている、
ことを特徴とする光ヘッド装置。
前記液晶可変型移相子の光入射側および光出射側の少なくとも一方に、入射光に対して一定の大きさの位相差を発生させる固定型移相子が配置されている請求項１記載の光ヘッド装置。
前記偏光子が、第１の直線偏光と第１の直線偏光と直交する偏光方向を有する第２の直線偏光に対する直進透過率が異なる偏光回折型の偏光子である請求項１または２記載の光ヘッド装置。
前記光検出器に加えて、前記偏光子を透過する光の光量を検出する検出手段を有し、検出手段によって検出された検出光量に応じて、液晶層に印加される電圧が前記電圧制御装置により制御される請求項１、２または３記載の光ヘッド装置。