JP2005115976A - 光ピックアップおよび光ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光源から情報記録媒体へ向かう光(往路光)および情報記録媒体から受光素子へ向かう光(復路光)のいずれに対しても光量の低下を抑制することができ、光ピックアップの小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された光学系を有する従来の光ピックアップと比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化する。
【解決手段】 情報記録媒体に対して複数波長の光を発光する光源から、情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子までの光路上に、電圧が印加されることによって波長λ1の光を回折して波長λ2の光を透過する第一の偏光性回折格子11と、電圧が印加されることによって波長λ1の光を透過して波長λ2の光を回折する第二の偏光性回折格子12と、を設け、光源から発光される光の波長に応じて第一および第二の偏光性回折格子11,12に印加する電圧の強度を第一、第二の偏光性回折格子11,12で異ならせるようにした。
【選択図】 図3
【解決手段】 情報記録媒体に対して複数波長の光を発光する光源から、情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子までの光路上に、電圧が印加されることによって波長λ1の光を回折して波長λ2の光を透過する第一の偏光性回折格子11と、電圧が印加されることによって波長λ1の光を透過して波長λ2の光を回折する第二の偏光性回折格子12と、を設け、光源から発光される光の波長に応じて第一および第二の偏光性回折格子11,12に印加する電圧の強度を第一、第二の偏光性回折格子11,12で異ならせるようにした。
【選択図】 図3
Description
本発明は、光ピックアップおよび光ディスク装置に関する。
近年、パーソナルコンピュータの小型軽量化や、CD(Compact Disc)とDVD(Digital Versatile Disc)との双方に対する再生互換性付与などに伴い、CDとDVDとの両方に対する記録や再生に対応することができる光ディスク装置が必須となっている。一般に、CDに対して記録再生を行なうには、波長が約785nmの半導体レーザが用いられ、DVDに対して記録再生を行なうには、波長が約660nmのレーザ光が用いられる。
このため、DVDとCDとの両方に対応するためには、波長660nmのレーザ光を出射するDVD用LDと、波長785nmのレーザ光を出射するCD用LDと、それぞれのレーザ光を検出するための光学系とを備える光ピックアップ装置が必要とある。
しかしながら、DVD用の光学系とCD用の光学系をそれぞれ個別に配置すると、光ピックアップ装置が大型化してしまい、特にノート型パソコンのような小型の光ディスク装置においては所定のサイズにレイアウトすることが困難となる。
そこで、近年では、2つの異なる波長の光源を備え、かつ、DVD用とCD用の光学系を共通の光路で構成した2波長対応の光ピックアップ装置が考案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の技術では、互いに波長が異なるレーザ光を出力する2つのレーザ素子を近接して配置し、かつ、各波長の射出光と反射光とが共通の光軸を通るようにした光ピックアップが開示されている。特許文献1の技術では、光ピックアップにおいて、2つのホログラムと2つのグレーティングとが用いられている。
また、波長選択性のあるホログラムを用いて、光源から対物レンズに向かう照明光と、ディスク記録面で反射された信号光を分離するようにした技術がある(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載された技術では、DVD用の信号検出用ホログラムに対してはCD用の光をそのまま透過し、CD用の信号検出用ホログラムに対してはDVD用の光をそのまま透過する波長選択性を持たせることで、ホログラムの集積化、小型化を達成している。
また、再生時に読み出すスポットを、液晶を用いた回折格子によって3つのビームに分けることで高速に読み出すことを可能とし、記録時には液晶の動作によって回折格子の形成を消失させて1つのビームとすることで高パワーを得ることができるようにした技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、光ピックアップにおいてホログラムとグレーティングとの波長選択性を用いるため、回折作用を持たせない波長に対する透過率を高く設定することが困難である。
また、特許文献2に記載された技術では、従来の2波長対応の光ピックアップは、グレーティングやホログラムにそれぞれの波長に応じて透過もしくは回折を生じる条件に設定した波長選択性を持たせているが、波長選択性は、CD用波長とDVD用波長とでそれぞれの透過率が減少してしまうため光学系を分離して配置した光ピックアップに対しては、照明効率と検出効率との低下を招いてしまい、再生速度や記録速度が劣ってしまう。
また、特許文献3に記載された技術では、記録時と再生時との切替に際して、2つの異なる波長で異なる種類のディスクに再生する場合に両方のディスクの所望のトラックピッチに対して3つのビームを配置することが困難であり、差動プッシュプル法の3ビームや検出用のホログラムに対応させることが不可能である。
本発明の目的は、光源から情報記録媒体へ向かう光(往路光)および情報記録媒体から受光素子へ向かう光(復路光)のいずれに対しても光量の低下を抑制することができ、光ピックアップの小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された光学系を有する従来の光ピックアップと比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化することである。
請求項1記載の発明の光ピックアップは、波長λ1とこの波長λ1とは異なる波長λ2(ただし、λ1>λ2)との光を発光する光源と、前記光源から発光される光を情報記録媒体に集光する集光光学系と、前記情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子を備える受光光学系と、前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ1の光を回折して波長λ2の光を透過する第一の偏光性回折格子と、前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ1の光を透過して波長λ2の光を回折する第二の偏光性回折格子と、前記光源から発光される光の波長に応じて前記第一および第二の偏光性回折格子に印加する電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる回折制御手段と、を具備する。
したがって、波長の異なる光を発光する光源受光素子までの光路上に第一および第二の偏光性回折格子を配置することで波長の異なる光の光路を重複させた場合にも、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を選択的に有効とし、所望の波長の光のみを受光することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光ピックアップにおいて、前記回折制御手段は、前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を有効とし前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか他方の回折機能を無効とする。
したがって、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を確実に機能させることができる。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子はホログラムである。
したがって、ホログラムによって実現される偏光性回折格子によって請求項1または2記載の発明の作用を得ることが可能になる。
請求項4記載の発明は、請求項1または2記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子はグレーティングである。
したがって、グレーティングによって実現される偏光性回折格子によって請求項1または2記載の発明の作用を得ることが可能になる。
請求項5記載の発明は、請求項1、2、3または4記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子は、一対の基板とこの基板に設けられて光学的に透明な電極と前記基板の間に設けられた液晶層とを有する液晶素子を有し、前記回折制御手段は、前記電極に印加する実効電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる。
したがって、液晶素子に設けられた電極への電圧調整によって請求項1、2、3または4記載の発明の作用を得ることが可能になる。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子は、電極パターンのピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている。
したがって、実用上、液晶素子における電極パターンのピッチおよび基板間隔の調整によって請求項5記載の発明の作用を得ることが可能になる。
請求項7記載の発明は、請求項5記載の光ピックアップにおいて、前記第一および第二の偏光性回折格子は、高分子液晶として固化された領域と固化されていない領域とが所定のピッチで周期的に配列された前記液晶層を有し、この液晶層において固化された領域と固化されていない領域との配列によるピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている。
したがって、実用上、液晶層における液晶材料の高分子化の調整および基板間隔の調整によって請求項5記載の発明の作用を得ることが可能になる。
請求項8記載の発明の光ディスク装置は、請求項1ないし7のいずれか一に記載の光ピックアップと、前記光ピックアップが具備する集光光学系によって光が集光される情報記録媒体と前記光ピックアップとを相対的に移動させる移動機構と、を具備する。
したがって、請求項1ないし7のいずれか一に記載の発明の作用を奏する光ディスク装置を得ることが可能になる。
請求項1記載の発明の光ピックアップによれば、波長の異なる光を発光する光源受光素子までの光路上に第一および第二の偏光性回折格子を配置することで波長の異なる光の光路を重複させた場合にも、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を選択的に有効とし、所望の波長の光のみを受光することができるので、光源から情報記録媒体へ向かう光(往路光)および情報記録媒体から受光素子へ向かう光(復路光)のいずれに対しても光量の低下を抑制することができ、光ピックアップの小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された光学系を有する従来の光ピックアップと比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化することができる。
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の光ピックアップにおいて、第一の偏光性回折格子または第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を確実に機能させることができ、請求項1記載の発明の効果をより確実に得ることができる。
請求項3記載の発明によれば、請求項1または2記載の光ピックアップにおいて、ホログラムによって実現される偏光性回折格子によって請求項1または2記載の発明の効果を得ることができる。
請求項4記載の発明によれば、請求項1または2記載の光ピックアップにおいて、グレーティングによって実現される偏光性回折格子によって請求項1または2記載の発明の効果を得ることができる。
請求項5記載の発明によれば、請求項1、2、3または4記載の光ピックアップにおいて、液晶素子に設けられた電極への電圧調整によって請求項1、2、3または4記載の発明の効果を得ることができる。
請求項6記載の発明によれば、請求項5記載の光ピックアップにおいて、実用上、液晶素子における電極パターンのピッチおよび基板間隔の調整によって請求項5記載の発明の効果を得ることができる。
請求項7記載の発明によれば、請求項5記載の光ピックアップにおいて、実用上、液晶層における液晶材料の高分子化の調整および基板間隔の調整によって請求項5記載の発明の効果を得ることができる。
請求項8記載の発明の光ディスク装置によれば、請求項1ないし7のいずれか一に記載の発明の効果を奏する光ディスク装置を得ることができるので、光ディスク装置の小型化を図るとともに、波長に応じて光路が分離された従来の光ピックアップを有する光ディスク装置と比較して、記録や再生速度を同等程度に高速化することができる。
本発明を実施するための第一の実施の形態について図1ないし図3を参照して説明する。本実施の形態は、光ディスク装置への適用例を示す。
図1は、本発明を実施するための第一の実施の形態の光ディスク装置における光ピックアップを示す概略図である。図1に示すように、本実施の形態の光ディスク装置における光ピックアップAは、レーザ光を発光する光源としての2波長半導体レーザ1を備えている。2波長半導体レーザ1から発光されたレーザ光は、この2波長半導体レーザ1を含む2波長ユニット2、コリメートレンズ3、立ち上げミラー4、1/4波長板5、対物レンズ6を介して情報記録媒体としての光ディスク7に照射される。ここに、集光光学系が実現されている。
なお、光ディスク装置は、光ディスク7を回転させる図示しない移動機構としてのスピンドルモータを備えている。公知の技術であるため説明を省略するが、スピンドルモータは、光ディスク7に対する情報の記録や再生に際して、光ディスク7の中心を回転中心として、光ディスク7を回転駆動する。
光ディスク7に照射されたレーザ光は、光ディスク7によって反射され、対物レンズ6、1/4波長板5、立ち上げミラー4およびコリメートレンズ3を介して、2波長ユニット2に入射される。ここに、後述する検出部13を含めて、受光光学系が実現されている。
以降、2波長半導体レーザ1から光ディスク7へ向かうレーザ光を往路光、光ディスク7から2波長ユニット2へ向かうレーザ光を復路光として説明する。
2波長ユニット2は、第1のグレーティング9、第2のグレーティング10、第1のホログラム11、第2のホログラム12を備えている。また、2波長ユニット2は、光ディスク7からの反射光を受光する受光素子13a(図2参照)を有する検出部13を備えている。本実施の形態では、第1のホログラム11、第2のホログラム12によって第一の偏光性回折格子および第二の偏光性回折格子が実現されている。
公知の技術であるため図示および説明を省略するが、第1および第2のグレーティング11,12は、ともに、一面側に複数の精密な溝(格子)が設けられた平面ガラス基板を有している。第1および第2のグレーティングは、所定の波長の平行光が照射された場合に、複数の精密な溝(格子)によって照射された平行光に対して回折、干渉を生じさせることで、照射された平行光を分光する。
本実施の形態の第1および第2のホログラム9,10は、それぞれ、図示しない液晶素子からなる電気光学素子によって構成されている。公知の技術であるため図示および説明を省略するが、液晶素子は、光学的に透明な一対の基板と、この基板間に充填された液晶と、液晶に対して電界を発生させる電極とを備えている。そして、このような液晶素子を備えた電機光学素子は、電極に対して印加する電圧を調整することで、液晶において発生する電界を調整することが可能である。
第1および第2のホログラム9,10は、液晶素子における電極のパターンを調整することにより、光軸に垂直な平面で周期的なストライプ状の屈折率分布を有しており、波長λ1の復路光(検出光)に対して、表1に示す0次回折光および±1次回折光となるような回折効率を生じさせる。具体的に、本実施の形態の第1および第2のホログラム9,10における電極は、電圧を印加した場合に回折格子として作用する屈折率分布のピッチP(周期)と深さdおよび偏光軸に対して平行または垂直方向における屈折率異方性Δnが、それぞれ、波長λ1と波長λ2に応じて、所定の回折角度と回折効率となるようなパターンで設けられている。
一般的に、回折格子の設計においては、簡易なスカラー回折理論に基づいて回折効率を求めると波長λにおける0次回折効率η0と±1次回折効率η1は、それぞれ、以下の(1)式および(2)式によって示される。
η0=(2w/p−1)*2sin2θ+cos2θ ・・・(1)
η1=4(sin(πw/p)/π)*2sin2θ ・・・(2)
なお、位相変化θ=π/λ・Δnpである。
η1=4(sin(πw/p)/π)*2sin2θ ・・・(2)
なお、位相変化θ=π/λ・Δnpである。
ここで、図2は、本実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。図2に示すように、光ディスク装置は、光ディスク装置が備える各部を駆動制御するCPU14を備えている。このCPU14には、検出部13で受光したレーザ光に応じた信号にかかる演算/処理を行なう信号演算/処理部15が接続されている。信号/演算処理部15は、CPU14からの駆動信号に応じた信号をセレクタ部16に出力する。
公知の技術であるため説明を省略するが、CPU14は、光ディスク7に対する情報の記録や再生に際して光ディスク装置が備える各部を駆動制御する。
セレクタ部16は、信号演算/処理部15からの信号に応じて2波長半導体レーザ1において該当する波長のレーザ光の発光を指示する信号を2波長半導体レーザ1に対して出力する。また、セレクタ部16は、信号演算/処理部15からの信号に応じた信号を液晶駆動部17に対して出力する。
2波長半導体レーザ1は、セレクタ部16からの信号に応じて該当する波長のレーザ光を発光する。
液晶駆動部17は、セレクタ部16からの信号に応じて第1のホログラム9および第2のホログラム10をそれぞれ駆動制御する。
上述した検出部13における受光素子13aには、信号演算/処理部15が接続されている。検出部13は、受光素子13aで受光した復路光に応じた信号を信号演算/処理部へ出力する。
なお、図2において、第1および第2のグレーティング9,10は、電気的に非接続状態にある。
このような光ディスク装置においては、2波長半導体レーザ1から出射されるレーザ光の波長λ1またはλ2に応じて、第1のホログラム11、第2のホログラム12が有する電極に印加する電圧を調整し、第1および第2のホログラム11,12の回折作用の有無をそれぞれ切替える。
具体的には、2波長半導体レーザ1から波長λ1のレーザ光が出射される場合には、図3(a)に示すように、第1のホログラム11が回折作用を有し、第2のホログラム12の回折作用が無くなるように、第1および第2のホログラム11,12が有する電極に印加する電圧を調整する。すなわち、第1のホログラム11においては屈折率異方性Δn1hが生じるような駆動電圧Vonhを印加し、第2のホログラム12においては屈折率異方性Δn2hが消失するような駆動電圧Voffhを印加する。なお、駆動電圧Vonhおよび駆動電圧Voffhは、それぞれ所定の強さを有する矩形波形状の電圧である。これにより、第1のホログラム11の回折機能を有効とし第2のホログラム12の回折機能を無効とすることができる。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
一方、2波長半導体レーザ1から波長λ2のレーザ光が出射される場合には、図3(b)に示すように、第2のホログラム12が回折作用を有するように動作し、第1のホログラムは回折格子による回折作用が無くなるように動作する。すなわち、第2のホログラム12は屈折率異方性Δn2hが生じるように液晶層に対して所定の矩形波形による駆動電圧Vonhを印加し、第1のホログラム11は屈折率異方性Δn1hが消失するように液晶層に対して所定の矩形波形による駆動電圧Voffhを印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。これにより、第2のホログラム12の回折機能を有効とし第1のホログラム11の回折機能を無効とすることができる。
上述したように、本実施の形態では、偏光性回折格子として、光軸に垂直な面に対して屈折率異方性をもつ複屈折媒質に形成された回折格子の溝を等方性媒質で充填した構造を有し、等方性媒質の屈折率が複屈折媒質の常光線屈折率もしくは異常光線屈折率とほぼ同じに設定された第1および第2のホログラム11,12を用いて、等方性媒質の屈折率と複屈折媒質の常光線屈折率と同じとすることにより、このような回折格子に常光線屈折率に従う偏光面をもった直線偏光が入射した場合に、格子部の複屈折媒質の屈折率を常光線屈折率とし、常光線屈折率に等しい等方性媒質の屈折率も偏光面の光に対して回折効果を生じさせることなく、入射光をそのまま透過させることができる。
一方で、異常光線屈折率にしたがう偏光面をもった直線偏光が入射した場合には、格子部の複屈折媒質の屈折率を異常光線屈折率とし、また、等方性媒質の屈折率は常光線屈折率に等しいため、この偏光面をもった光を回折させることができる。
これによって、入射光の偏光方向によって回折効率を変えることができる。
このように、本実施の形態によれば、上述したように、光源の波長λ1またはλ2に応じて第1および第2のホログラム11,12の回折作用の有無をそれぞれ切替えることで、所望の波長のレーザ光に対して所定の回折効率で光ディスク7からの反射光を検出し、他方の波長のレーザ光に対しては回折作用を持たないようにすることで、所望の波長のレーザ光に対して、照明効率(往路)と検出効率(復路)を全く低下させることなく高い透過率を得ることできる。これによって、第2のホログラム12に対する波長λ1の透過率、および、第1のホログラム11に対する波長λ2の透過率を高めることができ、従来の分離された光学系を用いた光ピックアップと同等の高速再生と高速記録が可能となる。
また、本実施の形態によれば、電気光学素子として液晶素子を用いることにより、液晶分子の屈折率異方性が液晶層に印加する電圧に応じて変化させることができるので、上述したように、液晶層を偏光性回折格子として用いて、電圧印加に応じて回折効率を変化させたり回折作用の有無を切替えたりすることができる。
なお、第1および第2のホログラム11,12として(1)式および(2)式によって示される回折格子は、偶数次回折光が生じる。このため、実際には、(1)式および(2)式によって示される演算よりも0次回折光の回折効率が低下する。ここで、表1に、実際のホログラムの回折効率の測定値とよく一致する厳密結合波解析法で計算した値を示す。
次に、本発明を実施するための第二の実施の形態について図4および図5を参照して説明する。本実施の形態は、光ディスク装置への適用例を示す。なお、上述の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
特に図示しないが、本実施の形態の第1および第2のグレーティング9,10は、それぞれ、液晶素子からなる電気光学素子によって構成されている。公知の技術であるため図示および説明を省略するが、液晶素子は、光学的に透明な一対の基板と、この基板間に充填された液晶と、液晶に対して電界を発生させる電極とを備えている。このような液晶素子を備えた電機光学素子は、電極に対して印加する電圧を調整することで、液晶において発生する電界を調整することが可能である。本実施の形態では、第1のグレーティング9、第2のグレーティング10によって第一の偏光性回折格子および第二の偏光性回折格子が実現されている。
図4は、本発明の実施するための第二の実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。図2に示すように、第1および第2のグレーティング9,10には、液晶駆動部17が接続されている。液晶駆動部17は、セレクタ部16からの信号に応じて第1のグレーティング9および第2のグレーティング10をそれぞれ駆動制御する。
第1および第2のグレーティング9,10は、液晶素子における電極のパターンを調整することにより、光軸に垂直な平面で周期的なストライプ状の屈折率分布を有しており、波長λ1の復路光(検出光)に対して、表1に示す0次回折光および±1次回折光となるような回折効率を生じさせる。具体的に、本実施の形態の第1および第2のグレーティング9,10における電極は、電圧を印加した場合に回折格子として作用する屈折率分布のピッチP(周期)と深さdおよび偏光軸に対して平行または垂直方向における屈折率異方性Δnが、それぞれ、波長λ1と波長λ2に応じて、所定の回折角度と回折効率となるようなパターンで設けられている。
なお、第1および第2のグレーティング9,10における回折格子の設計も、上述した簡易なスカラー回折理論に基づく計算と同一である。
なお、第1および第2のグレーティング9,10として(1)式および(2)式によって示される回折格子は、高次回折光が生じる。このため、実際には、(1)式および(2)式によって示される演算よりも0次回折光の回折効率が低下する。本実施の形態においても実際のグレーティングの回折効率の測定値とよく一致する厳密結合波解析法で計算した値に設定されたグレーティングを用いた(表1参照)。
このような光ディスク装置においては、2波長半導体レーザから出射されるレーザ光の波長λ1またはλ2に応じて、第1のグレーティング9、第2のグレーティング10が有する電極に印加する電圧を調整し、第1および第2のグレーティング9,10の回折作用の有無をそれぞれ切替え、第1のグレーティング9に対しては波長λ1の光を回折して波長λ2の光を透過させ、第2のグレーティングに対しては波長λ1の光を透過し波長λ2の光を回折させるように制御する。
具体的には、2波長半導体レーザ1から波長λ1のレーザ光が出射される場合には、図5(a)に示すように、第1のグレーティング9が回折作用を有するように動作させ、第2のグレーティング10は回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、第1のグレーティング9に対しては屈折率異方性Δn1gが生じるように液晶層に駆動電圧Vongを印加し、第2のグレーティング10に対しては屈折率異方性Δn2hが消失するように駆動電圧Voffgを印加する。なお、駆動電圧Vong、Voffgは、それぞれ所定の強さを有する矩形波形状の電圧である。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
一方で、2波長半導体レーザ1から波長λ2のレーザ光が出射される場合には、図5(b)に示すように、第2のグレーティング10が回折作用を有するように動作させ、第1のグレーティング9の回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、第2のグレーティング10に対しては屈折率異方性Δn2gが生じるような駆動電圧Vongを印加し、第1のグレーティング9に対しては屈折率異方性Δn1gが消失するような駆動電圧Voffgを印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
このように、光源の波長λに応じて第1または第2のグレーティング9または10の回折作用の有無を切替える電気光学素子を用いることで、所望の光源の波長に対して所定の回折効率で高い照明効率の主ビームと副ビームからなる3ビームを光ディスクに照射することを可能とする一方で、他方の波長に対応した第2または第3のグレーティング10または9に対しては回折作用を持たないため、高い透過率を得ることでき、照明効率(往路)と検出効率(復路)を全く低下させることがなくなり、従来の分離された光学系を用いた光ピックアップと同等の高速再生と高速記録が可能となる。
次に、本発明を実施するための第三の実施の形態について図6および図7を参照して説明する。本実施の形態は、光ディスク装置への適用例を示す。
図6は、本発明を実施するための第三の実施の形態の光ディスク装置における各部の電気的な接続を示すブロック図である。上述した各種実施の形態では、2つのホログラム11,12または2つのグレーティング9,10のいずれか一方を有する光ディスク装置について説明したが、2波長のレーザ光による記録を各々可能とする光ディスク装置を実現する場合には、光ピックアップAに2つのホログラム11,12および2つのグレーティング9,10を配置する方が好ましい。このときの波長λ1用の第1のホログラム11と波長λ2用の第2のホログラム12、および、波長λ1用の第1のグレーティング9と波長λ2用の第2のグレーティング10の構成は上述した実施の形態と同一である。
本実施の形態では、第2のホログラム12および第2のグレーティング10に対する波長λ1の透過率、および、第1のホログラム9および第1のグレーティング11に対する波長λ2の透過率を高めるために、液晶素子からなる2つのホログラム11,12および2つのグレーティング9,10を電気光学素子として用いている。本実施の形態では、第1のグレーティング9、第2のグレーティング10、第1のホログラム11および第2のホログラム12によって第一の偏光性回折格子および第二の偏光性回折格子が実現されている。
このような構成の光ディスク装置において、2波長半導体レーザ1から波長λ1のレーザ光が出射される場合には、第1のホログラム11と第1のグレーティング9とが回折作用を有するように動作させ、第2のホログラム12と第2のグレーティング10は回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、図7(a)に示すように、2波長半導体レーザ1から波長λ1のレーザ光が出射される場合には、第1のホログラム11と第1のグレーティング9とにおいて屈折率異方性Δn1hとΔn1gとが生じるような駆動電圧VonhおよびVongをそれぞれ印加し、第2のホログラム12と第2のグレーティング10において屈折率異方性Δn2hとΔn2gが消失するような駆動電圧VoffhおよびVoffgをそれぞれ印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
一方、2波長半導体レーザ1から波長λ2のレーザ光が出射される場合には、図7(b)に示すように、第2のホログラム12と第2のグレーティング10とが回折作用を有するように動作させ、第1のホログラム11と第1のグレーティング9との回折作用が無くなるように動作させる。すなわち、第2のホログラム12と第2のグレーティング10とに対しては屈折率異方性Δn2hおよびΔn2gが生じるような駆動電圧VonhおよびVongをそれぞれ印加し、第1のホログラム11と第1のグレーティング9とに対しては屈折率異方性Δn1hおよびΔn1gが消失するような駆動電圧VoffhおよびVoffgをそれぞれ印加する。ここに、回折制御手段としての機能の一部が実現されている。
これにより上述した各種実施の形態の光ディスク装置が奏する効果をより確実に発揮させることができる。
本発明を実施するための第四の実施の形態について図8ないし図10を参照して説明する。本実施の形態の光ディスク装置においては、上述した各種実施の形態における第1、第2のホログラム11,12もしくは第1、第2のグレーティング9,10として、図8に示す液晶素子20を用いている。図8は、本発明を実施するための第四の実施の形態の光ディスク装置における液晶素子を示す断面図である。本実施の形態の液晶素子20は、ガラス等によって形成されている光学的に透明な基板21と、この基板21表面に膜状に設けられた透明電極22とを有している。本実施の形態の透明電極22は、例えば、ITOやInO2等によって形成されている。透明電極22は、第1、第2のホログラム11,12もしくは第1、第2のグレーティング9,10としての所定の格子幅とピッチとなるようにパターニングされている。
液晶素子20は、透明基板21に設けられた配向膜23を備えている。配向膜23は、透明基板21に垂直配向材を製膜し、この垂直配向材に対してラビング処理をすることで形成することができる。なお、垂直配向材は、例えば、ポリイミド等によって形成することが可能である。
液晶素子20は、基板21間の間隔を所定の厚さに制御するためのギャップ材24を有している。このギャップ材24は、基板21への散布によって設けられている。液晶素子20においては、このギャップ材24によって所定の厚さに規定された基板21間の間隔に液晶が挟持されている。本実施の形態の液晶素子20においては、基板21間に、ネマチック液晶などの屈折率異方性を有する液晶材料が注入されている。ここに、基板21間に挟持された液晶によって液晶層25が実現されている。液晶層25は、ギャップ材によって所定の厚さに保持されている。また、この液晶層25においては、液晶が固化(高分子化)された領域25bと固化されていない領域25cとの配列によるピッチによってピッチが規定されている。
加えて、特に図示しないが、対向配置された基板21の端部には、シール材が設けられている。このシール材は、例えば、印刷等によって設けることが可能である。シール材は、基板21間に封入された液晶が基板21間の間隔の外へ漏れ出すことを防止する。
なお、透明電極22のパターンは、目的とする回折格子に対して格子幅と格子ピッチとが一致するように設けられている。また、液晶素子20における液晶分子は、液晶層25の層方向に対して垂直方向に揃うようなホメオトロピック配向をなしており、常光線屈折率と同一の屈折率を示す。
このような液晶素子20を有する第1、第2のホログラム11,12および第1および第2のグレーティング9,10を備える光ディスク装置においては、各液晶素子20に印加する駆動電圧Vonによって、透明電極22のパターンの領域の液晶分子25aをラビング方向と平行とし、異常光屈折率の方向が揃った状態に変化させる。このような状態において、透明電極パターンのない領域に従った偏光面をもつ直線偏光が入射すると、上述と同様の回折作用を生じさせ、所定の回折効率を得ることが可能となる(図9参照)。
一方で、液晶素子20に対して十分に低い駆動電圧Voffを印加した場合には、透明電極22のパターンの有無によらず液晶分子25aは方向を変えないため、直線偏光の入射による回折作用を生じさせないようにすることができる(図9参照)。
本実施の形態では、液晶素子20における液晶分子25aを配向制御することにより、上述したように、2波長半導体レーザから発光される光の波長λ1またはλ2に応じて駆動電圧を切替えて、回折効率および回折作用の有無を制御したり切替えたりすることが可能となる。
なお、本実施の形態では、パターニングによって透明電極21をパターニングする際には、回折格子としてのピッチが比較的広いグレーティングとして用いることが好ましい。
また、液晶素子20の配向方法として電圧無印加時を水平とし、電圧印加時を垂直となるホモジニアス配向に構成することもできる。この水平配向の場合、印加電圧は十分に低いVonで回折作用を示し、十分高いVoffで回折作用が消失するようになる。
ここで、図8に示す液晶素子20の製造方法について図10を参照して説明する。図10は、液晶素子20の製造方法を示す説明図である。
本実施の形態の液晶素子20の製造に際しては、ガラス等によって形成された光学的に透明な基板21に、ITOやInO2等によって形成される透明電極22を製膜し、この透明基板22にポリイミド等からなる水平配向材を製膜し、ラビング処理をすることで配向膜を形成する。次に、液晶層を所定の厚さに制御するためのギャップ材を散布し、液晶セルを製作し、紫外線硬化型の高分子液晶などの屈折率異方性を有する液晶材料を封入する。この状態の液晶分子は液晶セル全面でラビング方向と平行に異常光屈折率の方向が揃った状態である。ここまでは、従来の液晶素子の製造方法と同様である。
次に、フォトマスク26を用いて、第1、第2のホログラム11,12もしくは第1および第2のグレーティング9,10としての所定の格子幅とピッチとなるように、液晶セル20’における一方の基板21側(図10では上側)からステッパによる高精度な紫外線露光を行う。なお、UV露光中は、透明電極21となる層22’に前述のVon相当の駆動電圧を印加しておく。これにより、フォトマスク26による選択露光領域のみが、液晶分子25aの方向が液晶層25と垂直な方向となるため、UV光液晶分子25aの高分子化(硬化)が生じ、液晶分子が高分子化(固化)し、駆動電圧によらず液晶分子の配向方向を固定化することができる。これによって、液晶層25において固化された領域25bと固化されていない領域25との配列によるピッチが設けられる。
このような製造方法によって製造した液晶素子20は、一様な透明電極であってパターン化していないが、UV光による硬化によって固化された領域25bと固化されていない領域25cとが回折格子の格子幅と格子ピッチと一致している。なお、固化された液晶分子は液晶層と垂直に揃った方向にホメオトロピック配向し常光線屈折率と同一の屈折率を示している。
このような液晶素子に対して駆動電圧Von(ここでは電圧無印加の状態)を印加されている状態で、固化された領域25bにおける液晶分子25aの領域に従った偏光面をもつ直線偏光が入射すると、上述した偏光性回折格子として回折作用が生じ、所定の回折効率を得ることが可能となる。
一方で、液晶素子20に駆動電圧Voff(ここでは電圧印加の状態)印加されている状態では、固化されていない領域25cにおける液晶分子25aが、液晶層25と垂直な方向に配向方向を変えるため、光軸と垂直な平面での屈折率異方性が消失し、直線偏光の入射によって回折作用は生じない。
この機能を用いるとことにより2波長半導体レーザ1から発光される波長λ1、λ2のそれぞれの光に応じて駆動電圧を切り替えることで、回折効率および回折作用の有無を制御もしくは切替えることが可能となる。
また、上述したような液晶素子20の製造方法は、透明電極22をパターニングすることなく、ステッパを用いて微細な格子ピッチが形成できるため、検出用のホログラムのように比較的狭ピッチの回折格子として用いることができる。
なお、上述した各種の動作状態は、回折作用が生じる駆動電圧を駆動電圧Vonとし、回折作用が消失する駆動電圧をVoffとして示しており、印加電圧の大小を示すものではない。
1 光源
20 液晶素子
A 光ピックアップ
20 液晶素子
A 光ピックアップ
Claims (8)
- 波長λ1とこの波長λ1とは異なる波長λ2(ただし、λ1>λ2)との光を発光する光源と、
前記光源から発光される光を情報記録媒体に集光する集光光学系と、
前記情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子を備える受光光学系と、
前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ1の光を回折して波長λ2の光を透過する第一の偏光性回折格子と、
前記集光光学系における前記光源から前記受光光学系における前記受光素子までの光路上に設けられて電圧が印加されることにより波長λ1の光を透過して波長λ2の光を回折する第二の偏光性回折格子と、
前記光源から発光される光の波長に応じて前記第一および第二の偏光性回折格子に印加する電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる回折制御手段と、
を具備する光ピックアップ。 - 前記回折制御手段は、前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか一方の回折機能を有効とし前記第一、第二の偏光性回折格子のいずれか他方の回折機能を無効とする請求項1記載の光ピックアップ。
- 前記第一および第二の偏光性回折格子はホログラムである請求項1または2記載の光ピックアップ。
- 前記第一および第二の偏光性回折格子はグレーティングである請求項1または2記載の光ピックアップ。
- 前記第一および第二の偏光性回折格子は、一対の基板とこの基板に設けられて光学的に透明な電極と前記基板の間に設けられた液晶層とを有する液晶素子を有し、
前記回折制御手段は、前記電極に印加する実効電圧の強度を前記第一の偏光性回折格子と前記第二の偏光性回折格子とで異ならせる請求項1、2、3または4記載の光ピックアップ。 - 前記第一および第二の偏光性回折格子は、電極パターンのピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている請求項5記載の光ピックアップ。
- 前記第一および第二の偏光性回折格子は、高分子液晶として固化された領域と固化されていない領域とが所定のピッチで周期的に配列された前記液晶層を有し、この液晶層において固化された領域と固化されていない領域との配列によるピッチによってピッチが規定され、前記基板間隔によって深さが規定されている請求項5記載の光ピックアップ。
- 請求項1ないし7のいずれか一に記載の光ピックアップと、
前記光ピックアップが具備する集光光学系によって光が集光される情報記録媒体と前記光ピックアップとを相対的に移動させる移動機構と、
を具備する光ディスク装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003344702A JP2005115976A (ja) | 2003-10-02 | 2003-10-02 | 光ピックアップおよび光ディスク装置 |
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JP2003344702A JP2005115976A (ja) | 2003-10-02 | 2003-10-02 | 光ピックアップおよび光ディスク装置 |
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JP2003344702A Pending JP2005115976A (ja) | 2003-10-02 | 2003-10-02 | 光ピックアップおよび光ディスク装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009110579A (ja) * | 2007-10-29 | 2009-05-21 | Nec Corp | 光ヘッド、ならびに光学式情報記録再生装置及び光学式情報記録再生方法 |
-
2003
- 2003-10-02 JP JP2003344702A patent/JP2005115976A/ja active Pending
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