JP2008262660A - Optical head device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ディスクなどの光記録媒体に情報の記録又は再生、若しくは記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。 The present invention relates to an optical head device for recording or reproducing information, or recording and reproducing information on an optical recording medium such as an optical disk.
CDやDVDなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体(以下、「ディスク」という)の情報記録面上に情報を書き込んだり(以下、「記録」という)または情報記録面上の情報を読み取ったり(以下、「再生」という)する従来の光ヘッド装置の一例について、図8を参照しながら説明する(例えば、特許文献1参照)。 Information is written (hereinafter referred to as “record”) on an information recording surface of an optical recording medium (hereinafter referred to as “disk”) such as an optical disk such as a CD or DVD and a magneto-optical disk (hereinafter referred to as “record”), or information on the information recording surface is read. An example of a conventional optical head device (hereinafter referred to as “reproduction”) will be described with reference to FIG. 8 (see, for example, Patent Document 1).
この光ヘッド装置100は、光源である半導体レーザ101と、検光子102と、ビームスプリッタ103と、モニタ用の受光素子104と、1/4波長板105と、集光レンズ106と、記録情報の読み取り用の光受光素子107とを備えている。
The
この光ヘッド装置100では、半導体レーザ101からの出射光が集光レンズ106を経てディスクD上に集光され、このディスクDにより反射された戻り光を、光受光素子107により検出することで、情報の記録および再生を行うことができる。
In this
ところで、この光ヘッド装置100が、安定した記録動作を行うためには、ディスクDに集光されるレーザ光量が安定していること、すなわち、半導体レーザ光が安定した光量であることが必要となる。このため、従来、半導体レーザ光を、ディスクDに向かう経路の途中でビームスプリッタ103によりその一部を分離し、その一部を分離した光をモニタ用の受光素子104により検出し、その検出量に応じて半導体レーザ101の光量を制御している。
By the way, in order for the
次に、ディスクDに集光されるレーザ光量の安定化について詳しく述べる。 Next, stabilization of the amount of laser light focused on the disk D will be described in detail.
まず、直線偏光である半導体レーザ101の光が偏光フィルタ102を通過した後、所定の偏光方向でビームスプリッタ103に入射する。ここで、ビームスプリッタ103は、いわゆる偏光ビームスプリッタ(PBS)であり、入射する光の偏光方向により反射率と透過率とが異なる特性を有している。よって、ビームスプリッタ103に入射した半導体レーザ光は、その偏光方向と、ビームスプリッタ103の偏光方向に対する反射率及び透過率とに従って、ディスクDに集光される光と、モニタ用の受光素子104に導かれる光との2つに分離される。そこで、ビームスプリッタ103と受光素子104の間に検光子102を配置してモニタする光のうち不要な成分を吸収させることで、モニタする受光素子104の光量を一定の値に制御することができる。このようにして、半導体レーザ101の光量を制御することで、ディスクDに集光される光量を安定化させている。
ところで、上記した光ヘッド装置において、モニタ用の受光素子104に導かれる光とディスクDに集光される光との分離比は、一定で変動しないことが望ましい。ところが、半導体レーザ101の動作中にその出射光の偏光方向が揺らぎ、分離比が変動することがある。このような場合には、ディスクDに集光される光量が不安定となるので、安定した状態での情報読取りまたは書込みを行ううえで問題となっている。
By the way, in the above-described optical head device, it is desirable that the separation ratio between the light guided to the monitoring
また、検光子102は選択的に直線偏光の光を透過吸収することから、検光子102自体の耐久性が不足し、劣化しやすく、長期にわたって光量を安定して供給させることができず、信頼性に問題があった。さらに、吸収型検光子は入射する光の波長によって透過率を変える波長選択性を持たせることが困難であるため入射させる光の波長で最適化させることができない問題もあった。
Further, since the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ディスクDに集光する光量を安定させることができ、ひいては安定した状態で情報の読取りまたは書込みを行うことができる光ヘッド装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical head device that can stabilize the amount of light collected on the disk D, and thus can read or write information in a stable state. With the goal.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光記録媒体の情報の読み取りまたは光記録媒体への情報の記録を行う光ヘッド装置であって、光源と、前記光源からの光が入射されて、少なくとも第1の光路と当該第1の光路とは異なる第2の光路に分離するビームスプリッタと、前記第1の光路の光の光量をモニタする第1の光検出器と、前記第2の光路の光を前記光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を検出する第2の光検出器と、を備え、前記ビームスプリッタは、前記第1の光路の光量に対する前記第2の光路の光量の比である光量分離比が、該ビームスプリッタに入射する光の偏光状態によって異なり、さらに前記光ヘッド装置は、前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中または、前記ビームスプリッタと前記第1の光検出器との間の光路中のいずれか一方に、第1の円偏光の光を概ね反射させるとともに、前記第1の円偏光の光と反対方向に回転する第2の円偏光の光を概ね透過させる円偏光選択反射層を含む円偏光選択反射素子と、を備える光ヘッド装置を提供する。 The present invention has been made to solve the above problems, and is an optical head device that reads information on an optical recording medium or records information on the optical recording medium, and includes a light source and light from the light source. A beam splitter that separates at least the first optical path and a second optical path that is different from the first optical path, a first photodetector that monitors the amount of light in the first optical path, An objective lens for condensing the light of the second optical path onto the optical recording medium; and a second photodetector for detecting reflected light from the optical recording medium, wherein the beam splitter includes the first The light quantity separation ratio, which is the ratio of the light quantity of the second optical path to the light quantity of the optical path, differs depending on the polarization state of the light incident on the beam splitter, and further, the optical head device is provided between the light source and the beam splitter. In the light path of The first circularly polarized light is substantially reflected on one of the optical paths between the beam splitter and the first photodetector, and rotated in the opposite direction to the first circularly polarized light. An optical head device comprising: a circularly polarized light selective reflection element including a circularly polarized light selective reflection layer that substantially transmits second circularly polarized light.
上記構成によれば、光源である半導体レーザから出射された光を、円偏光に変換し、円偏光選択反射素子で不要な円偏光成分を反射させて除去する。一方、透過させた必要な円偏光成分の光を第1の光検出器(以下、「フロントモニタPD」という)で受光することによって、光ヘッド装置の環境温度やレーザの出射パワーを変化させたときに生じる、レーザからの出射光偏光方向の変化による、フロントモニタPDへの光量の変化を抑制できるので、光記録媒体(以下、「光ディスク」という)書き込み光量を精度よく制御できる。また、円偏光選択反射素子に含まれる円偏光選択反射層は不必要な円偏光の光を吸収ではなく反射させることから、光の吸収作用による素子の損傷がない。 According to the above configuration, the light emitted from the semiconductor laser as the light source is converted into circularly polarized light, and unnecessary circularly polarized light components are reflected and removed by the circularly polarized light selective reflection element. On the other hand, the ambient light of the optical head device and the emission power of the laser were changed by receiving the transmitted light of the necessary circularly polarized component with a first photodetector (hereinafter referred to as “front monitor PD”). Since the change in the amount of light to the front monitor PD due to the change in the polarization direction of the emitted light from the laser can be suppressed, the amount of light written to the optical recording medium (hereinafter referred to as “optical disk”) can be accurately controlled. Further, since the circularly polarized light selective reflection layer included in the circularly polarized light selective reflection element reflects unnecessary circularly polarized light instead of absorbing it, the element is not damaged by the light absorbing action.
また、前記光源と前記円偏光選択反射素子の前記円偏光選択反射層との間の光路中に前記光源の光を円偏光の光に変調する変調素子が配置されている光ヘッド装置を提供する。 Also provided is an optical head device in which a modulation element for modulating light from the light source into circularly polarized light is disposed in an optical path between the light source and the circularly polarized light selective reflection layer of the circularly polarized light selective reflection element. .
上記構成によれば、光源の偏光状態に合わせて円偏光の光に変調する変調素子により、円偏光選択素子に円偏光の光が入射させることができる。例えば、楕円偏光の光源に対しても円偏光の光に変換する適切な変調素子を配置することにより効果が得られる。 According to the above configuration, the circularly polarized light can be incident on the circularly polarized light selecting element by the modulation element that modulates the circularly polarized light in accordance with the polarization state of the light source. For example, an effect can be obtained by arranging an appropriate modulation element that converts circularly polarized light into an elliptically polarized light source.
また、前記光源は直線偏光の光であり、前記光源と前記円偏光選択反射素子の前記円偏光選択反射層との間の光路中に第1の1/4波長板が配置される光ヘッド装置を提供する。 The light source is linearly polarized light, and an optical head device in which a first quarter-wave plate is disposed in an optical path between the light source and the circularly polarized light selective reflection layer of the circularly polarized light selective reflection element. I will provide a.
上記構成によれば、直線偏光の光を周知の1/4波長板を用いることで容易に円偏光に変換できる。また、前記円偏光選択反射素子に第1の1/4波長板を一体化させることで省スペースが実現でき、信頼性が向上するので好ましい。 According to the above configuration, linearly polarized light can be easily converted to circularly polarized light by using a known quarter wave plate. Further, it is preferable to integrate the first quarter-wave plate with the circularly polarized light selective reflection element because space can be saved and reliability is improved.
また、前記円偏光選択反射素子の前記円偏光選択反射層は、コレステリック相液晶あるいはコレステリック相高分子液晶で形成される光ヘッド装置を提供する。 The circularly polarized light selective reflection layer of the circularly polarized light selective reflection element provides an optical head device formed of cholesteric phase liquid crystal or cholesteric phase polymer liquid crystal.
上記構成によれば、特定の回転方向の円偏光の光を選択的に反射することが容易に実現できるので好ましい。さらに、コレステリック相の高分子液晶とすることで、液晶を固体化でき、温度特性や信頼性が確保しやすく好ましい。 The above configuration is preferable because it can easily realize selective reflection of circularly polarized light in a specific rotational direction. Further, a cholesteric phase polymer liquid crystal is preferable because the liquid crystal can be solidified and temperature characteristics and reliability are easily secured.
また、前記光源は、少なくとも第1の波長の光と、前記第1の波長とは異なる第2の波長の光を出射し、前記円偏光選択反射素子は、前記第1の波長の前記第1の円偏光の光を概ね反射し、前記第1の波長の前記第2の円偏光の光および、前記第2の波長の前記第1の円偏光の光および前記第2の円偏光の光をともに概ね透過させる光ヘッド装置を提供する。 The light source emits at least a light having a first wavelength and a light having a second wavelength different from the first wavelength, and the circularly polarized light selective reflection element has the first wavelength having the first wavelength. Of the first circularly polarized light, and the second circularly polarized light of the first wavelength, the first circularly polarized light of the second wavelength, and the second circularly polarized light. Provided is an optical head device that transmits both of them.
上記構成によれば、例えば、400nm近傍の波長の光で記録再生を行うBD、HD−DVDなどの光ディスク、660nm近傍の波長の光で記録再生を行うDVD、780nm近傍の波長の光で記録再生を行うCDなどの複数の規格の光ディスクに対応する2種類以上の異なる波長の光を出射する光源を有する光ヘッド装置に適用できる。レーザの出射偏光特性が環境温度や出射パワーの変化時に異なる場合においても、それぞれの波長に最適な円変更反射素子を得ることができる。その結果、フロントモニタPDへの光量変化を抑制できるので、光ディスク書き込み光量を精度よく制御でき好ましい。 According to the above configuration, for example, an optical disc such as a BD or HD-DVD that performs recording / reproducing with light having a wavelength near 400 nm, a DVD that performs recording / reproducing with light having a wavelength near 660 nm, or recording / reproducing with light having a wavelength near 780 nm. It can be applied to an optical head device having a light source that emits light of two or more different wavelengths corresponding to a plurality of standard optical discs such as a CD. Even when the outgoing polarization characteristics of the laser differ when the ambient temperature or outgoing power changes, it is possible to obtain a circle-changing reflective element that is optimal for each wavelength. As a result, a change in the amount of light to the front monitor PD can be suppressed, which is preferable because the amount of optical disk writing light can be accurately controlled.
また、前記ビームスプリッタは、前記第1の波長で入射する光の偏光状態による前記光量分離比の変化が、前記第2の波長で入射する光の偏光状態による前記光量分離比の変化より大きい光ヘッド装置を提供する。 In addition, the beam splitter is a light whose change in the light amount separation ratio due to the polarization state of the light incident at the first wavelength is larger than the change in the light amount separation ratio due to the polarization state of the light incident at the second wavelength. A head device is provided.
上記構成によれば、入射する光の偏光方向による光量分離比の変化を「偏光依存性」とするときに、ビームスプリッタの前記第2の波長に対する偏光依存性を小さくすることで、光源から出射される第2の波長の偏光方向の初期固体ばらつきが大きな場合にも、安定したフロントモニタPDへの光量を得ることができ、光ディスク書き込み光量を精度よく制御できる。さらに第2の波長で記録再生する光ディスクの複屈折が大きなディスクがある場合にも、光ディスクの情報を有する反射光を受光する第2の光検出器への光量が安定し、良好な読み込み書き込みを実現できるので好ましい。 According to the above configuration, when the change of the light amount separation ratio according to the polarization direction of the incident light is set to “polarization dependency”, the light beam is emitted from the light source by reducing the polarization dependency of the beam splitter with respect to the second wavelength. Even when the initial solid state variation in the polarization direction of the second wavelength is large, a stable light amount to the front monitor PD can be obtained, and the optical disk writing light amount can be controlled with high accuracy. In addition, even when there is a disc having a large birefringence of the optical disc to be recorded / reproduced at the second wavelength, the light quantity to the second photodetector for receiving the reflected light having the information on the optical disc is stabilized, and good reading / writing is possible. Since it is realizable, it is preferable.
また、前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に前記円偏光選択反射素子が配置され、前記円偏光選択反射素子と前記ビームスプリッタとの間の光路中に第2の1/4波長板が配置される光ヘッド装置を提供する。 The circularly polarized light selective reflection element is disposed in an optical path between the light source and the beam splitter, and a second quarter-wave plate is disposed in the optical path between the circularly polarized light selective reflection element and the beam splitter. An optical head device is provided.
上記構成によれば、不要な直線偏光の成分の光が排除され、前記ビームスプリッタには必要な直線偏光の成分の光のみが入射されるので、光源の光の偏光状態が変化しても偏光依存性がなくフロントモニタPDへの光量変化を抑制できるので、光ディスク書き込み光量を精度よく制御でき好ましい。 According to the above configuration, unnecessary linearly polarized light components are eliminated, and only the required linearly polarized light components are incident on the beam splitter. Since there is no dependency and the change in the light quantity to the front monitor PD can be suppressed, the optical disk writing light quantity can be controlled with high accuracy, which is preferable.
また、前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に前記円偏光選択反射素子が配置され、前記円偏光選択反射素子と3ビーム用回折格子とが一体化される光ヘッド装置を提供する。 Further, the present invention provides an optical head device in which the circularly polarized light selective reflection element is disposed in an optical path between the light source and the beam splitter, and the circular polarized light selective reflection element and the three-beam diffraction grating are integrated.
上記構成によれば、必要な直線偏光の光のみを効率よく3ビーム用の光に回折させることができる。また、3ビーム用の回折格子を円偏光選択反射素子と一体化させるだけではなく、光源の偏光状態やビームスプリッタの光学的特性に合わせて第1の1/4波長板や第2の1/4波長板と一体化させると、部品点数を少なくすることができ好ましい。3ビーム用回折素子は、一般に光ヘッド装置の組み立て調整時に光軸を中心に回転調整を行う。直線偏光の光を選択的に透過吸収するような検光子を3ビーム用回折素子に一体化させる従来の素子は、3ビーム用回折素子を回転調整するときに光源からの直線偏光の方向と検光子を透過する偏光方向との相対角が変化して、検光子を透過する光量が変化してしまうのに対し、本発明の円偏光選択反射素子と3ビーム用回折素子を一体化させても円偏光に対する透過率が変化しないので好ましい。 According to the above configuration, only necessary linearly polarized light can be efficiently diffracted into light for three beams. Further, not only the three-beam diffraction grating is integrated with the circularly polarized light selective reflection element, but also the first quarter-wave plate and the second 1/2 according to the polarization state of the light source and the optical characteristics of the beam splitter. The integration with the four-wave plate is preferable because the number of parts can be reduced. The three-beam diffractive element generally performs rotation adjustment around the optical axis during assembly adjustment of the optical head device. A conventional element that integrates an analyzer that selectively transmits and absorbs linearly polarized light into a three-beam diffractive element, detects the direction of linearly polarized light from the light source when rotating the three-beam diffractive element. While the relative angle with the polarization direction that transmits the photon changes and the amount of light that passes through the analyzer changes, the circularly polarized light selective reflection element of the present invention and the three-beam diffraction element can be integrated. This is preferable because the transmittance for circularly polarized light does not change.
本発明によれば、光源の偏光状態の変化に対して、フロントモニタPDへの光量が変化しにくく、光ディスクに情報の記録や情報の再生を行う際の光強度を安定化させることができるという効果を有する光ヘッド装置を提供できる。 According to the present invention, the amount of light to the front monitor PD hardly changes with respect to the change in the polarization state of the light source, and the light intensity at the time of recording information on or reproducing information from the optical disk can be stabilized. An optical head device having an effect can be provided.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る光ヘッド装置1を示すものであり、この光ヘッド装置1は、光源である半導体レーザ11と、ビームスプリッタ12と、モニタ用の受光素子13と、第3の1/4波長板14と、対物レンズである集光レンズ15と、記録情報の読取を行う光受光素子16と、第1の1/4波長板17と、円偏光選択反射素子18と、を備えている。なお、図中符号Dは、光記録媒体であるディスクを示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an optical head device 1 according to a first embodiment of the present invention. The optical head device 1 includes a
半導体レーザ11は、ディスクDの情報読取り又は情報書き込みのための光を生成する光源として用いており、所定の固有波長(λ)のコヒーレント光を出射する。光源11は直線偏光に限らず楕円偏光や円偏光でもよいが、ディスクDへ向かう第2の光を効率よく利用するためには直線偏光が好ましい。
The
ビームスプリッタ12は、偏光ビームスプリッタ(PBS;Polarized Beam Splitter。以下、「PBS」という)で構成されており、半導体レーザ11から出射した光を、偏光方向を利用して、モニタ用の受光素子13に向かう第1の光(以下、「モニタ光」という)とディスクDへ向かう第2の光(以下、「記録再生光」という)とに分割させる。また、第1の実施形態に用いるPBSは入射する直線偏光の光の方向が変化することによって2つの光路に分離する光量分離比を異ならせるものである。本発明はこのようなPBSを用いる構成に限らず、入射する光の、右回りの円偏光の光と左回りの円偏光の光との成分の比が変化することによって2つの光路に分離する光量分離比を異ならせる特性を有する例えばコレステリックミラーを配置してもよい。この場合、コレステリックミラーとフロントモニタPD間に円偏光選択反射素子を配置していずれかの回転方向の光を反射させることによって、モニタ光によって制御可能な光ヘッド装置を実現することができる。
The
モニタ用の受光素子13は、前述するモニタ光の光量をモニタする第1の光検出器を構成しており、第1の光の光路上において、第1の1/4波長板17を第1の光が透過する位置に設置する。
The light-receiving
第3の1/4波長板14は、PBS12との組み合わせによって、戻り光がビームスプリッタ12を透過して光受光素子16に投光するようになっている。換言すれば、戻り光が、PBS12で反射して逆行し半導体レーザ11に戻るのを回避させている。なお、この第3の1/4波長板14は、PBS12を透過してきた直線偏光を透過させることによって円偏光を生成するとともに、ディスクDで反射して戻る円偏光を透過させて直線偏光を生成している。
The third quarter-
集光レンズ15は、第3の1/4波長板14を透過後の光をディスクDの情報記録面に向けて集光させる。
The condensing
光受光素子16は、ディスクDからの反射光を検出する第2の光検出器を構成するものである。本実施形態の光受光素子16は、ディスクDで反射後に、第3の1/4波長板14及びPBS12を透過する第2の光を入射させることで、ディスクDに記録してある情報を読取るようになっており、例えばpinフォトダイオード(PD)などで構成する。
The
第1の1/4波長板17は、円偏光選択反射素子18との組み合わせによって、後述する第1の円偏光が透過するのを(選択的に)阻止する光フィルタを構成する。
The first quarter-
円偏光選択反射素子18は、記録再生光に対して、第1の回転方向に回転する第1の円偏光の光を概ね反射させるとともに、第1の円偏光の光とは反対方向に回転する第2の円偏光の光を概ね透過させるものであり、第1の1/4波長板17と受光素子13との間のモニタ光の光路中に配置する。
The circularly polarized light
次に、本実施形態に係る光ヘッド装置1に備えた円偏光選択反射素子18について、この円偏光選択反射素子18の構成を示す断面図である図2を参照しながら、詳細に説明する。なお、この構成ではビームスプリッタに入射する光源からの光の進行方向を90°変えて光ディスクに導いているが、光源からの光の直進方向に光ディスクを配置してもよい。この場合、モニタ用の光検出器は光源からの光の進行方向が90°変化した光路に配置する。
Next, the circularly polarized light
本実施形態の円偏光選択反射素子18は、2枚の透光性基板18A、18Bと、これらの間に挟着された円偏光選択反射層18Cと、を備えている。
The circularly polarized light
透光性基板18A、18Bの間に形成する円偏光選択反射層18Cは、第1の方向(例えば、反時計方向)に回転する第1の円偏光の光(α1)を透過させ、第2の方向(例えば、時計方向)に回転する第2の円偏光の光(α2)を反射させる。ここで、透光性基板18A、18Bは、ガラスや樹脂が好ましく、特に基板としてガラスの方が、複屈折が小さいために好ましい。本実施形態では、円偏光選択反射層18Cは透光性基板18A、18Bにはさまれた構造を示したが、1枚の透光性基板の片面に作成してもよいし、基板を用いなくてもよい。基板を用いることで、剛性や波面収差が良好な値を示すので好ましい。
The circularly polarized light
円偏光選択反射層18Cとしては、コレステリック相の液晶や高分子液晶を用いるのが好適である。コレステリック相液晶またはカイラル材が添加されたネマティック相液晶を使用することができる。また、液晶を固体化すると、温度依存性を低減できるだけでなく、液晶の漏洩を防止するためのシール構造が不要となるので、重合性液晶組成物を重合・固体化したコレステリック相高分子液晶を使用するのが好ましい。
As the circularly polarized light
コレステリック相高分子液晶は、少なくとも一方が重合性を有するネマティック相液晶とカイラル剤とを含む重合性液晶組成物を、紫外線照射、加熱等により重合・固体化することにより得られる。 A cholesteric phase polymer liquid crystal is obtained by polymerizing and solidifying a polymerizable liquid crystal composition containing a nematic phase liquid crystal having at least one of a polymerizable property and a chiral agent by ultraviolet irradiation, heating, or the like.
コレステリック相液晶は、螺旋ねじれを有しており、螺旋ピッチPが入射光の波長λと略等しい場合、螺旋軸方向から入射し螺旋ねじれ方向と同一方向に回転する第2の円偏光の光(α2)を反射し、逆方向に回転する第1の円偏光の光(α1)を透過する。なお、反射する第2の円偏光の光(α2)の中心波長λcおよび帯域幅Δλは、次の[数1]で与えられる。 The cholesteric phase liquid crystal has a helical twist, and when the helical pitch P is substantially equal to the wavelength λ of the incident light, the second circularly polarized light that enters from the helical axis direction and rotates in the same direction as the helical twist direction ( The first circularly polarized light (α1) that reflects α2) and rotates in the opposite direction is transmitted. The central wavelength λc and bandwidth Δλ of the second circularly polarized light (α2) to be reflected are given by the following [Equation 1].
即ち、コレステリック相液晶は、液晶の螺旋ねじれ方向と同一方向に回転する波長λの円偏光の光に対して以下の性質を有する。 That is, the cholesteric phase liquid crystal has the following properties with respect to circularly polarized light having a wavelength λ that rotates in the same direction as the helical twist direction of the liquid crystal.
(I)λc−Δλ/2<λ<λc+Δλ/2の場合;
この範囲の反射波長帯域内の円偏光の光を反射する。
(II)λ≦λc−Δλ/2、または、λc+Δλ/2≦λの場合;
この範囲の反射波長帯域外の円偏光の光を透過する。
(I) In the case of λc−Δλ / 2 <λ <λc + Δλ / 2;
Circularly polarized light within the reflection wavelength band of this range is reflected.
(II) When λ ≦ λc−Δλ / 2 or λc + Δλ / 2 ≦ λ;
Transmits circularly polarized light outside the reflection wavelength band in this range.
また、コレステリック相液晶は、液晶の螺旋ねじれ方向と逆方向に回転する円偏光の光に対しては、入射光の波長に係らず透過性を有する等方性媒体として機能する。 The cholesteric phase liquid crystal functions as an isotropic medium having transparency with respect to circularly polarized light rotating in the direction opposite to the spiral twist direction of the liquid crystal regardless of the wavelength of incident light.
次に、円偏光選択反射素子18の製造方法を説明する。
1.初めに、透光性基板18A、18Bとなる各透明基板を用意し、それらの一方の面にポリイミド膜を塗布した後、このポリイミド膜を焼成する。その後、ラビング等の配向処理を施し配向膜を透明基板にそれぞれ形成する。
2.次に、その配向膜を内側にして6.2μmの間隔を隔てて対向させた2枚の透光性基板18A、18Bの間に、重合性液晶組成物を注入する。
3.その後、重合性液晶組成物に紫外線を照射して重合・固体化し、コレステリック相高分子液晶からなる円偏光選択反射層18Cを形成する。
Next, a method for manufacturing the circularly polarized light
1. First, each transparent substrate used as the translucent board |
2. Next, a polymerizable liquid crystal composition is injected between the two light-transmitting
3. Thereafter, the polymerizable liquid crystal composition is irradiated with ultraviolet rays to be polymerized and solidified to form a circularly polarized light
例えば、常光屈折率no=1.56、異常光屈折率ne=1.68の重合性ネマティック相液晶に、時計回りの重合カイラル剤を螺旋ピッチPが0.405μmとなる量添加し、重合・固体化することにより、中心周波数λc=663nm、帯域幅Δλ=49nmの範囲にある波長の時計回りの円偏光の光(α2)を反射する高分子コレステリック液晶層を得ることができる。 For example, a clockwise polymerization chiral agent is added to a polymerizable nematic phase liquid crystal having an ordinary light refractive index no = 1.56 and an extraordinary light refractive index ne = 1.68 so that a helical pitch P becomes 0.405 μm. By solidification, a polymer cholesteric liquid crystal layer that reflects clockwise circularly polarized light (α2) having a wavelength in the range of a center frequency λc = 663 nm and a bandwidth Δλ = 49 nm can be obtained.
上記の工程により製造された第1の実施形態の円偏光選択反射素子18は、図2に示すように、ディスクDである例えばDVDの記録・再生に適用する波長λ1=660nmの光のうち、時計回りの円偏光の光(α2)だけを反射し、反時計回りの円偏光の光(α1)および直線偏光の光を透過する。
As shown in FIG. 2, the circularly polarized light
なお、コレステリック相高分子液晶層の厚さは、螺旋ピッチの5倍程度とすれば波長選択性を呈するようになるが、実際には螺旋ピッチの10倍以上とすることが好ましく、より反射率を大きくするには螺旋ピッチの20倍以上とすることが望ましい。 The thickness of the cholesteric phase polymer liquid crystal layer exhibits wavelength selectivity if it is about 5 times the helical pitch, but in practice it is preferably 10 times or more of the helical pitch, and more reflective. In order to increase the value, it is desirable to set it to 20 times or more of the helical pitch.
ただし、コレステリック相高分子液晶層の厚さは、50μmを越えるとなると液晶層にドメインが生じて配向が乱れるおそれがあるので、50μm以下とすることが必要であり、製造が容易な30μm以下とすることが望ましい。 However, if the thickness of the cholesteric phase polymer liquid crystal layer exceeds 50 μm, domains may be formed in the liquid crystal layer and the alignment may be disturbed. Therefore, it is necessary to make the thickness 50 μm or less and 30 μm or less, which is easy to manufacture. It is desirable to do.
以上説明したように、第1の実施形態の円偏光選択反射素子18によれば、遮光部を形成するコレステリック相液晶(つまり、円偏光選択反射層18C)の常光屈折率、異常光屈折率、および螺旋ピッチに基づいて定まる波長の円偏光の光のうち、コレステリック相液晶の螺旋ピッチと同一方向に回転する円偏光の光(α2)を反射させ、反対方向に回転する円偏光の光(α1)を透過させることが可能となる。
As described above, according to the circularly polarized light
次に、本実施形態に係る光ヘッド装置1の構成を示す図1及びその概念的断面図である図2を用いて、光ヘッド装置1の作用について具体的に説明する。 Next, the operation of the optical head device 1 will be specifically described with reference to FIG. 1 showing the configuration of the optical head device 1 according to the present embodiment and FIG. 2 which is a conceptual cross-sectional view thereof.
本実施形態に係る光ヘッド装置1は、光源である半導体レーザ11から出射した光が、第3の1/4波長板14、対物レンズである集光レンズ15を経て光記録媒体であるディスクDへ向かうが、この光路中に設置したPBS12により、光の一部を分離し、その一部分離した光を第1光検出器であるモニタ用の受光素子13(以下、「フロントモニタPD13」という)に投光させることにより、半導体レーザ11からのレーザ光の出射状態をモニタ可能としている。なお、集光レンズ15によりディスクDに集光された光は、ディスクDの情報記録面で反射され、第2の光検出器16に導かれて、光ディスクDの情報を読むことができる。
In the optical head device 1 according to the present embodiment, the light emitted from the
PBS12は、半導体レーザ11から出た光の、フロントモニタPD13へ向かうモニタ光の光量に対するディスクDへ向かう記録再生光の光量の比(以下、「光量分離比」という)が、PBS12に入射する光の偏光方向により異なる特性を有する。 また、本実施形態に係る光ヘッド装置1では、後述する理由から、PBS12とフロントモニタ用PD13との間に、第1の1/4波長板17と円偏光選択反射素子18とを設置している。
The
この光ヘッド装置1では、フロントモニタ用PD13への光量をモニタすることで、光ディスクDへ集光される光強度を所定の値に制御するようになっているが、このためには、光源11の光光量分離比が、常時一定であることが重要である。しかしながら、光源である半導体レーザ11は、環境温度や出射パワーにより偏光状態が時間的に変化することがしばしばある。
In this optical head device 1, the intensity of light collected on the optical disk D is controlled to a predetermined value by monitoring the amount of light to the
PBS12は、前述のように、入射する光の偏光方向により、つまり、S偏光(紙面に垂直)とP偏光(紙面に平行)により、透過と反射の分離比が異なる。このため、光源からの出射偏光状態が変化すると、光量分離比が変化するので、たとえフロントモニタPDの光量が常時一定値になるように半導体レーザ11の動作を制御したとしても、光ディスクDへ到達する光量を常時一定にすることはできない。そこで、本実施形態では、PBS12とフロントモニタPD13との間に、第1の1/4波長板17と円偏光選択反射素子18を配置することで、この問題を解決できるようにした。
As described above, the
これについて具体的に、PBS12の特性の一例を示して説明する。
例えば、S偏光(図1の紙面に垂直(Z)な偏光)が入射したとき、反射率が90%(反射光は光ディスクDへ)で透過率が10%(透過光はフロントモニタPD13へ)となり、P偏光(図1紙面に平行(Y)な偏光)が入射したときの反射率が10%、透過率が90%となるPBSについて説明する。
This will be specifically described with an example of the characteristics of the
For example, when S-polarized light (perpendicular (Z) polarized light in FIG. 1) is incident, the reflectance is 90% (the reflected light is to the optical disc D) and the transmittance is 10% (the transmitted light is to the front monitor PD13). Thus, a description will be given of a PBS having a reflectance of 10% and a transmittance of 90% when P-polarized light (polarized light parallel to (Y) in FIG. 1) is incident.
ここで、半導体レーザ11からS偏光成分が実質的に100%であるレーザ光が出射された場合には、PBS12により、10%がフロントモニタPDへ90%が光ディスクへと、光量分離比9(=90%/10%)で分離される。ここで、かりに、第1の1/4波長板17及び円偏光選択反射素子18を設置していないとすると、半導体レーザ11から出射するレーザ光の偏光状態が温度変化等により、例えば、S偏光成分が95%、P偏光成分が5%に変化したときには、PBS12でフロントモニタPDへ分離される光の割合は、
(i)出射光全体の95%であるS偏光成分のうち、その10%である9.5%(0.95×0.1)と、
(ii)出射光全体の5%であるP偏光成分のうち、その90%である4.5%(=0.05×0.9)
との和である、14%となる。
Here, when laser light having an S-polarized component of substantially 100% is emitted from the
(I) 9.5% (0.95 × 0.1), which is 10% of the S-polarized light component which is 95% of the entire emitted light,
(Ii) Out of the P-polarized light component that is 5% of the whole emitted light, 90% of the component is 4.5% (= 0.05 × 0.9).
And 14%.
従って、フロントモニタPDへ向かう光が、元の10%から14%へ、つまり1.4倍増えて光量分離比6.1(=86%/14%)となり、大きく変化してしまう。また、出射光全体のレーザ光のうち光ディスクDへ分離される光は、残りの86%(=0.95×0.9+0.05×0.1)となる。このように、半導体レーザ11の出射状態により、フロントモニタPDでの受光量が大きく揺らいでしまう。
Accordingly, the light traveling toward the front monitor PD is increased from the original 10% to 14%, that is, 1.4 times, and the light amount separation ratio is 6.1 (= 86% / 14%), which changes greatly. Further, the remaining light that is separated into the optical disk D out of the entire laser light is 86% (= 0.95 × 0.9 + 0.05 × 0.1). Thus, the amount of light received by the front monitor PD greatly fluctuates depending on the emission state of the
一方、本実施形態では、PBS12直後のモニタ光の光路上に、第1の1/4波長板17及び円偏光選択反射素子18が設置してある。従って、PBS12透過後、フロントモニタPD13へ向かう光は、先ず、第1の1/4波長板17で、円偏光の光に変換される。このとき、PBS12を透過したS偏光成分とP偏光成分は、回転方向が互いに逆の円偏光の光(便宜上、それぞれ「S円偏光」、「P円偏光」と呼ぶことにする。)となる。ここで、本実施形態の円偏光選択反射素子18では、選択的に、S円偏光を透過しP円偏光を反射するように構成してある(つまり、図2では、入射光(α1)がS円偏光、入射光(α2)がP円偏光である)。これにより、円偏光選択素子18を透過したモニタ光は、S円偏光成分のみとなり、出射光全体の9.5%がフロントモニタPD13へ到達することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the first quarter-
これにより、本実施形態では、光量分離比は9.05(=86%/9.5%)となり、光源の偏光が回転しない場合の光量分離比とほぼ同じとなる。従って、フロントモニタPD13の光量を制御することで、光ディスクDへ集光される光量を十分に制御できる。 Thereby, in this embodiment, the light quantity separation ratio is 9.05 (= 86% / 9.5%), which is almost the same as the light quantity separation ratio when the polarization of the light source does not rotate. Therefore, the amount of light collected on the optical disc D can be sufficiently controlled by controlling the amount of light of the front monitor PD13.
このように、本実施形態では、円偏光選択反射素子18と、第1の1/4波長板素子17を用いることで、フロントモニタPD光量を安定させることができるわけである。本発明では、PBSに入射する光の偏光状態によって光がPBSを直進する透過率および、進行方向が変化する反射率、が異なる特性を利用したものである。例えば、フロントモニタPD側と光ディスク側に光を分離するPBSの特性として、S偏光の光とP偏光の光との透過率および反射率の比が、1.02以上または0.98以下のもの、であればフロントモニタPDにより制御が容易となり、好ましくは1.05以上または0.95以下、さらに好ましくは1.1以上または0.9以下であればより精度よく制御が可能となる。同様にコレステリックミラーを用いる場合は、右回りの円偏光の光と左回りの円偏光の光との透過率および反射率の比が上記の数値範囲のものを用いることで制御ができる。
Thus, in the present embodiment, by using the circularly polarized light
ここで、当然のことながら、PBS12の偏光特性は上記例に限られるものではないが、何れの場合でも同様に効果を得ることができる。また、PBS12を透過した光源からの光を光ディスクDへ、反射光をフロントモニタPDへ導くように配置しても問題はない。また、第1の1/4波長板17と円偏光選択反射素子18は、例えば図3のように一体化させた光学素子19とすれば、部品点数を削減でき、コストダウンを行うことができるので、さらに好ましい。尚、図3では入射光α1、α2は、第1の1/4波長板素子17に入射する前の直線偏光の光として示されている。
Here, as a matter of course, the polarization characteristic of the
さらに、本発明では、本実施形態の第1の1/4波長板17と円偏光選択反射素子18の代りに、特定直線偏光を吸収する偏光子を用いる構成も考えられる。ところが、吸収型偏光子では、強いレーザ光を吸収するために、偏光子の温度が上昇し、偏光子の特性劣化、特に青色レーザなどの短波長の光源に対しては、偏光子が吸収した光エネルギーにより偏光子自身が化学変化を起こし、透過率の低下や、透過率の偏光依存性が低下する問題がある。これに対して、本発明の円偏光反射素子は光を吸収するのではなく反射することで偏光選択を行うので、吸収型偏光子のような問題が一切なく好ましい。
Further, in the present invention, a configuration in which a polarizer that absorbs specific linearly polarized light is used instead of the first quarter-
また、本発明では、特定の直線偏光の光を透過回折する偏光回折素子を用いる構成も考えられる。この場合は、吸収がなく、吸収型偏光子のような問題がないので優れているが、不要な偏光成分を選択的に透過回折するために、その回折光がフロントモニタPDに入らないように回折角を大きくする必要がある。特に、フロントモニタPDが大きなサイズであったり、偏光回折素子とフロントモニタPDの距離が短いときには、回折角を非常に大きくする必要があり、配置上の制約がある。それに対して本発明の円偏選択反射素子を用いた場合には、不要光を反射させることができ、直進透過する光をフロントモニタPDに導くことができるので、上記配置上の制約がなく非常に好ましい。 In the present invention, a configuration using a polarization diffraction element that transmits and diffracts a specific linearly polarized light is also conceivable. In this case, there is no absorption and there is no problem like an absorption polarizer, but this is excellent. However, in order to selectively diffract unnecessary polarization components, the diffracted light does not enter the front monitor PD. It is necessary to increase the diffraction angle. In particular, when the front monitor PD is a large size or when the distance between the polarization diffraction element and the front monitor PD is short, it is necessary to make the diffraction angle very large, and there are restrictions on the arrangement. On the other hand, when the circularly polarized selective reflection element of the present invention is used, unnecessary light can be reflected, and light that passes straight through can be guided to the front monitor PD. Is preferable.
また、後述する第2の実施形態のような、波長選択性を有した円偏光選択素子が必要な光ヘッド装置では、前述の吸収型偏光子や偏光選択回折素子では十分に対応することができない問題点もあった。 Further, in the optical head device that requires a circularly polarized light selecting element having wavelength selectivity as in the second embodiment to be described later, the above-described absorption polarizer and polarized light selective diffractive element cannot sufficiently cope. There was also a problem.
また、他の偏光選択素子として光学多層膜を用いた偏光ビームスプリッタ(PBS)もあるが、この場合、入射光は偏光ビームスプリット面に対して斜めに入射(例えば60度)させたり、3角プリズムを貼り合わせたような偏光ビームスプリッタプリズムとする必要がある。その場合には、素子の厚さ(光軸方向)が大きく、また、素子サイズも小さくすることができず、光ヘッド装置の小型化に大きな障害となり、プリズムはコスト高などの問題点がある。これに対して、本発明の円偏光選択反射素子は、円偏光の光を反射させるために垂直入射で機能させることができるので、光ヘッド装置の小型化に適している。 In addition, there is a polarization beam splitter (PBS) using an optical multilayer film as another polarization selection element. In this case, incident light is incident obliquely (for example, 60 degrees) with respect to the polarization beam splitting surface, or has three angles. It is necessary to make a polarizing beam splitter prism like a prism attached. In that case, the thickness of the element (in the optical axis direction) is large, and the element size cannot be reduced, which is a major obstacle to miniaturization of the optical head device, and the prism has problems such as high cost. . On the other hand, the circularly polarized light selective reflection element of the present invention can function at normal incidence in order to reflect circularly polarized light, and is therefore suitable for downsizing of the optical head device.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、第2の実施形態に係る光ヘッド装置2を示すものであり、この光ヘッド装置2は、2種類の光ディスクD(例えばDVD及びCDなど)について再生・記録を行うことができるようになっており、光源である半導体レーザ21と、ビームスプリッタ23と、モニタ用の受光素子13と、第3の1/4波長板14と、集光レンズ15と、光受光素子16と、第1の1/4波長板17と、円偏光選択反射素子22と、を備えている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows an optical head device 2 according to the second embodiment. The optical head device 2 can reproduce and record two types of optical disks D (for example, DVD and CD). A
半導体レーザ21は、第1の波長と、第1の波長と異なる第2の波長との2種類の波長の光を出射する光源で構成されており、本実施形態では、DVD用660nm(第1の波長λ1)の赤色光とCD用780nm(第2の波長λ2)の近赤外光との2種類の波長の光を出射できる2波長レーザで構成してある。
The
円偏光選択反射素子22は、第1の波長(λ1)の第1の回転方向の円偏光の光を概ね反射し、第1の波長(λ1)の第2の回転方向の円偏光の光および、第2の波長(λ2)の第1および第2の回転方向の円偏光の光をともに概ね透過させるものであり、図5に示すように、透光性基板22Aと、透光性基板22Bと、これらの間に挟着された円偏光選択反射層22Cとを備える。
The circularly polarized light
次に、図5を参照しながら、2つの異なる波長の光に対して円偏光選択特性を異ならせる機能を有する円偏光選択反射素子22について説明する。
Next, the circularly polarized light
第1の波長(λ1)の光に対しては、第1の回転方向の円偏光の光(β1)は反射し、第2の回転方向の円偏光の光(β2)は透過する。また、第2の波長(λ2)の光に対しては、第1の回転方向の円偏光の光(β3)および第2の回転方向の円偏光の光(β4)とも透過する。但し、ここで、前述したように、第1の波長(λ1)をDVD用の660nm帯、第2の波長(λ2)をCD用の780nm帯とする。 For light of the first wavelength (λ1), circularly polarized light (β1) in the first rotational direction is reflected, and circularly polarized light (β2) in the second rotational direction is transmitted. Further, the light having the second wavelength (λ2) is transmitted through both the circularly polarized light (β3) in the first rotational direction and the circularly polarized light (β4) in the second rotational direction. However, as described above, the first wavelength (λ1) is the 660 nm band for DVD and the second wavelength (λ2) is the 780 nm band for CD.
次に、円偏光選択反射素子22の作製方法は、第1の実施形態と概ね同じであって、例えば、常光屈折率no=1.56、異常光屈折率ne=1.68の重合性ネマティック相液晶に、時計回りの重合カイラル剤を螺旋ピッチPが0.405μmとなる量添加し、重合・固体化することにより、中心周波数λc=663nm、帯域幅Δλ=49nmの範囲にある波長の時計回りの円偏光の光を反射する高分子コレステリック液晶層、つまり円偏光選択反射層22Cを得ることができる。
Next, the method for producing the circularly polarized light
上記の工程により製造された第1の実施形態の円偏光選択反射素子22は、図5に示すように、DVDの記録・再生に適用する第1の波長(λ1=660nm)の光のうち、時計回りの円偏光の光(β1)だけを反射し、反時計回りの円偏光の光(β2)および直線偏光の光を透過する。また、波長λ1を中心にした帯域幅Δλの波長帯域、以外の光は、偏光状態に関係なく概ね透過させることができる。例えばCD用の第2の波長(λ2=780nm)の帯域の光(β3、β4)は偏光状態に関係なく透過させることができる。
As shown in FIG. 5, the circularly polarized light
次に、この第2の実施形態の円偏光選択反射素子22を備えた光ヘッド装置2について、図4を用いて説明する。
Next, the optical head device 2 provided with the circularly polarized light
光ヘッド装置2は、図1に模式図で示す光ヘッド装置1の構成とほぼ同じであるが、前述したように、光源21はDVD用660nmとCD用780nmそれぞれの波長の光(以下、それぞれ、「DVD波長」と「CD波長」という)を出射することができる2波長レーザである。ここでは、1つのレーザチップから2つの波長の光を出射できる2波長レーザで説明するが、2つの異なる波長の光を出射する個別のレーザチップを近接させたハイブリッド型レーザや、2つのレーザチップからの光を合波素子で合波したものでもよい。
The optical head device 2 has substantially the same configuration as that of the optical head device 1 schematically shown in FIG. 1, but, as described above, the
CDディスクは、カバーの厚さが厚いことから、ディスクカバーの屈折率異方性が大きいものや、面内分布が大きいものがしばしばみられる。このようなディスクDを記録再生すると、ディスクカバーの屈折率異方性により、ディスクDからの戻り光の偏光状態が、ディスクDの個体差や、ディスクDの回転に伴って変化する。従って、ビームスプリッタ23に偏光依存性が大きなものを用いると、ディスクDの屈折率異方性により光受光素子16への光量が大きく変化し、好ましくない。そのため、ビームスプリッタ23の特性としては、DVD波長では偏光依存性が大きく、CD波長では偏光依存性のないもの、つまりS偏光成分とP偏光成分の光量分離比が等しいものが好ましい。
Since the cover of a CD disk is thick, a disk cover having a large refractive index anisotropy or a large in-plane distribution is often observed. When such a disk D is recorded / reproduced, the polarization state of the return light from the disk D changes with the individual difference of the disk D or the rotation of the disk D due to the refractive index anisotropy of the disk cover. Therefore, if a
また、半導体レーザ21を安価に抑えるために、光源には、CD波長の光の出射偏光方向の個体差が大きな半導体レーザを用いることがある。このような光源を用いた光ヘッド装置の場合、円偏光選択反射素子でのCD波長の光に対しても、円偏光の光の回転方向に対して透過と反射で異なるように構成すると、CD波長の光の偏光状態の変化によりかえって、フロントモニタPDの光量が変化して好ましくない。
In order to suppress the
そこで、ビームスプリッタ23(以下、「PBS23」という)の特性の一例を示して、さらに詳しく説明する。 Therefore, an example of the characteristics of the beam splitter 23 (hereinafter referred to as “PBS23”) will be shown and described in more detail.
DVD波長(λ1)の光に対しては、例えば、S偏光(図4の紙面に垂直な偏光)が入射したとき、反射率が90%(反射光はディスクDへ)で透過率が10%(透過光はフロントモニタPDへ)とする一方、P偏光(図4の紙面に平行な偏光)が入射したとき、反射率が10%で透過率が90%という特性を有するPBS23について、説明する。
For DVD wavelength (λ1) light, for example, when S-polarized light (polarized light perpendicular to the paper surface of FIG. 4) is incident, the reflectance is 90% (the reflected light is directed to the disk D) and the transmittance is 10%. On the other hand, the
従って、半導体レーザ21からDVD波長のS偏光成分が実質的に100%である光が100%出射された場合には、PBS23で、10%がフロントモニタPDへ、90%がディスクDへと偏光分離比9(=90%/10%)で分離される。なお、ここで用いるPBS23については、CD波長の光に対して、偏光状態にかかわりなく反射率90%(反射光は光ディスクDへ)透過率10%(透過光はフロントモニタPDへ)の分離特性を有するものとする。
Accordingly, when 100% of the light whose S polarization component of the DVD wavelength is substantially 100% is emitted from the
DVD波長の光に関しては、第1の実施形態と同様の効果が得られるので、説明を省略する。一方、CD波長(λ2)の光に関しては、半導体レーザ23の偏光状態が温度変化等により、例えばS偏光成分が70%、P偏光成分が30%に変化した場合、PBS23でフロントモニタPDへ分離される光は、出射光全体の10%であるから、S偏光成分が7%(=0.70×0.1)とP偏光成分が3%(=0.30×0.1)の和の10%となる。
Regarding the light of DVD wavelength, since the same effect as the first embodiment is obtained, the description thereof is omitted. On the other hand, regarding the light of CD wavelength (λ2), when the polarization state of the
PBS23でフロントモニタPD13方向へ分離された光が、かりにCD波長の光に対しても、円偏光の光の回転方向により透過と反射を選択して行う特性の円偏光選択反射素子を用いるとする。この場合、モニタ効率を考えれば、S円偏光を透過しP円偏光を反射するような特性のものが好ましいため、このような特性の円偏光選択反射素子を用いるとすると、フロントモニタPDに入射するのは出射光全体の7%となる。一方、ディスクDへ分離される光は、前述の特性から、偏光状態によらず90%となる。そのため、フロントモニタPDへ向かう光の分離比は、半導体レーザ21の偏光状態が前述のように変化した場合には、12.9(=90%/7%)と大きく変化してしまう。これは従来の吸収型の検光子を用いて必要な偏光状態の光をフロントモニタPDに入射させる構成でも同様の問題が生じる。
It is assumed that a circularly polarized light selective reflection element having a characteristic in which light separated in the direction of the front monitor PD13 by the
これに対して、本実施形態では、円偏光選択反射素子22を、図5に示すように、CD波長の光に対しては、偏光状態によらず100%透過するように構成した。これにより、上記のように半導体レーザ21の偏光状態が、例えば(S偏光100%,P偏光0%)から(S偏光70%,P偏光30%)へ変化しても、PBS23でフロントモニタPD13へ分離される光は、S偏光成分7%(0.70×0.1)とP偏光成分3%(=0.30×0.1)の和である10%の光を全てフロントモニタPDへ導くことができる。このため、光量分離比は、半導体レーザ21の偏光状態が前述のように変化しても、9(=90%/10%)と変化しない。
On the other hand, in the present embodiment, the circularly polarized light
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図6は、第3の実施形態に係る光ヘッド装置3を示すものであり、この光ヘッド装置3では、第1実施形態における第1の1/4波長板17及び円偏光選択反射素子18の代わりに、円偏光選択反射素子31を備えている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows an optical head device 3 according to the third embodiment. In this optical head device 3, the first quarter-
この円偏光選択反射素子31は、円偏光選択反射素子と3ビーム用回折素子とが一体化され、光源である半導体レーザ11とビームスプリッタ33との間の光路中に配置されている。光路を分離するビームスプリッタ33の光量分離比は、前述するDVD波長である第1の波長の光(λ1)に対しての方が、CD波長である第2の波長の光(λ2)に対してより、偏光依存性が大きい。
In this circularly polarized light
図7には、第3の実施形態として、光源11より直線偏光の光が入射して3ビーム回折格子と一体化された場合の円偏光選択反射素子31の構成例を示す。ここでは、第1、第2の1/4波長板31C、31Dが、円偏光選択反射層31Eをサンドイッチした構成である。即ち、この円偏光選択反射素子31は、本実施形態の場合、透光性基板31A及び透光性基板31Bと、これらの透光性基板31A、31Bに挟まれた、第1の1/4波長板31C及び第2の1/4波長板31Dと、円偏光選択反射層31Eとを備えている。第1の1/4波長板31Cと第2の1/4波長板31Dは円偏光選択反射素子に一体化されてなくてもよいが、省スペース化、信頼性の向上から一体化されていると好ましい。また、光源11からの光は直線偏光に限らず楕円偏光などの偏光状態でもよいが、このとき第1の1/4波長板31Cは円偏光へ変調する機能を有する変調素子であれば1/4波長板に限らず用いてもよい。
FIG. 7 shows a configuration example of the circularly polarized light
円偏光選択反射層31Eとしては、第1の実施形態や第2の実施形態で用いたものと同じものを用いることができる。
As the circularly polarized light
さらに、本実施形態では、透明基板31Bの表面に、3ビーム(つまり、0次及び±1次の回折光)発生用の回折格子(グレーティング)32を形成してある。
Further, in the present embodiment, a diffraction grating (grating) 32 for generating three beams (that is, 0th-order and ± 1st-order diffracted light) is formed on the surface of the
従って、本実施形態によれば、光源である半導体レーザ11から出射するS偏光(図7において、紙面に垂直(Z)な偏光を有する)である第1の直線偏光の光(γ1)については、第1の1/4波長板31Cで円偏光の光に変換され、円偏光選択反射層31Eを透過し、第2の1/4波長板31Dで再び直線偏光の光(γ1)に変換される。その後、回折格子32で回折されて3ビーム(0次光及び±1次光)となり、ビームスプリッタ33により、フロントモニタPD13へ向かうモニタ光とディスクDへ向かう記録再生光に分離される。
Therefore, according to the present embodiment, with respect to the first linearly polarized light (γ1) that is S-polarized light (having polarization (Z) perpendicular to the paper surface in FIG. 7) emitted from the
ここで、円偏光選択反射素子31は、直線偏光の光の直線偏光(γ1)のみが選択的に透過可能な光学素子として機能するようになっている。従って、半導体レーザ11の偏光状態が温度変化等によりS偏光の光と直交するP偏光の光の成分が発現する(紙面に平行(Y)なP偏光を有する)、つまり図7に示すP偏光である第2の直線偏光(γ2)になると、第1の1/4波長板31Cで円偏光となっても、回転方向が逆であるために円偏光選択反射層31Eで反射し透過できない。
Here, the circularly polarized light
次に、ビームスプリッタ33が第1の実施形態と同じもの、つまりPBS12と同一特性であるとした場合について説明する。
Next, the case where the
即ち、ビームスプリッタ33にS偏光(図6の紙面に垂直(Z)な偏光)が入射したとき、反射率が90%(反射光はディスクDへ)で透過率が10%(透過光はフロントモニタPD13へ)とする。また、P偏光(図6の紙面に平行(Y)な偏光)が入射したとき、反射率が10%で透過率が90%とする。
That is, when S-polarized light (polarized light perpendicular to (Z) in FIG. 6) is incident on the
ここで、半導体レーザ11から全てS偏光が出射された場合には、ビームスプリッタ33により、10%がフロントモニタPDへ90%が光ディスクDへと、光量分離比9(=90%/10%)で分離される。
Here, when all S-polarized light is emitted from the
次に、3ビーム回折格子で3ビームに分光させるが、ここで、かりに本発明の円偏光選択反射素子31を備えていないとした場合について説明する。
Next, the light beam is split into three beams by a three-beam diffraction grating. Here, a case where the circularly polarized light
半導体レーザ11の偏光状態が温度変化等により、S偏光成分が95%、P偏光成分が5%に変化した場合には、ビームスプリッタ33を透過してフロントモニタPD13へ分離されるモニタ光は、S偏光成分9.5%(=0.95×0.1)とP偏光成分4.5%(=0.05×0.9)の和である14%となる。従って、ビームスプリッタ33で反射してディスクDへ向けて分離される記録再生光は、その残りの86%(=0.95×0.9+0.05×0.1)となり、フロントモニタPD13へ向かう光が10%から14%へと1.4倍増えてしまい、光量分離比が6.1(=86%/14%)となり大きく変化する。
When the polarization state of the
これに対して、本実施形態に係る円偏光選択反射素子31を備えた光ヘッド装置3の場合には、以下のような作用が発生する。
On the other hand, in the case of the optical head device 3 including the circularly polarized light
半導体レーザ11の偏光状態が変化した場合、この変化によって生じた不要な偏光成分の光は、図7に示す第1の1/4波長板31Cによって、所望の偏光とは逆の回転方向をもつ円偏光に変換され、円偏光選択反射層31Eで反射される。このため、円偏光選択反射素子31を透過する光は、実質的に所望の偏光方向のみとなり、半導体レーザ11の偏光方向が変化してもビームスプリッタ33に入射する偏光状態は変化しない。このため、フロントモニタPD13の光量を制御することで、ディスクDへ集光される光量を十分に制御できるわけである。
When the polarization state of the
また、本実施形態のように円偏光選択反射素子31と回折格子32を一体にした場合には、回折格子32の溝方向をディスクDの半径方向に合わせるために、光ヘッド装置3を組み立てる際に回転調整を行う。前述した直線偏光(γ1)を選択吸収あるいは回折する素子では、この素子を回転すると、当然のことながら透過する光の偏光状態が異なる。一方、本発明の円偏光選択反射素子では一体化してあるので、光軸に対して回転しても偏光特性が変化せず、透過する偏光状態は変化しないので好ましい。
Further, when the circularly polarized light
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention.
本発明の光ヘッド装置は、ディスクDに集光させる光量を安定させることができ、延いては、安定した状態でディスクの読み取りまたは書き込みを行うことができる効果を有し、CDやDVD、さらには、ブルーレイディスクやHD−DVDなどの記録・再生を行うことができる光ヘッド装置等に有用である。 The optical head device of the present invention can stabilize the amount of light collected on the disk D, and thus has the effect of being able to read or write the disk in a stable state, such as a CD or DVD, Is useful for an optical head device capable of recording / reproducing a Blu-ray disc or HD-DVD.
1、2、3 光ヘッド装置
11、21 半導体レーザ(光源)
12、23、33 ビームスプリッタ(PBS)
13 モニタ用の受光素子(第1の光検出器)
14 第3の1/4波長板
15 集光レンズ(対物レンズ)
16 光受光素子(第2の光検出器)
17 第1の1/4波長板
18 円偏光選択反射素子
18A、18B 透光性基板
18C 円偏光選択反射層
22 円偏光選択反射素子
22A、22B 透光性基板
22C 円偏光選択反射層
31 円偏光選択反射素子
31C 第1の1/4波長板
31D 第2の1/4波長板
31E 円偏光選択反射層
D ディスク(光記録媒体)
α1 第1の円偏光
α2 第2の円偏光
β1 第1の波長の光に対する第1の回転方向の円偏光
β2 第1の波長の光に対する第2の回転方向の円偏光
β3 第2の波長の光に対する第1の回転方向の円偏光
β4 第2の波長の光に対する第2の回転方向の円偏光
γ1 S偏光(第1の直線偏光)
γ2 P偏光(第2の直線偏光)
1, 2, 3
12, 23, 33 Beam splitter (PBS)
13 Light-receiving element for monitoring (first photodetector)
14 Third
16 light receiving element (second photodetector)
17 1st 1/4
α1 First circularly polarized light α2 Second circularly polarized light β1 Circularly polarized light in the first rotational direction for light of the first wavelength β2 Circularly polarized light in the second rotational direction for light of the first wavelength β3 Circularly polarized light in the first rotational direction for light β4 Circularly polarized light in the second rotational direction for light of the second wavelength γ1 S-polarized light (first linearly polarized light)
γ2 P-polarized light (second linearly polarized light)
Claims (8)
光源と、
前記光源からの光が入射されて、少なくとも第1の光路と当該第1の光路とは異なる第2の光路に分離するビームスプリッタと、
前記第1の光路の光の光量をモニタする第1の光検出器と、
前記第2の光路の光を前記光記録媒体に集光する対物レンズと、
前記光記録媒体からの反射光を検出する第2の光検出器と、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記第1の光路の光量に対する前記第2の光路の光量の比である光量分離比が、該ビームスプリッタに入射する光の偏光状態によって異なり、
さらに前記光ヘッド装置は、
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中または、前記ビームスプリッタと前記第1の光検出器との間の光路中のいずれか一方に、第1の円偏光の光を概ね反射させるとともに、前記第1の円偏光の光と反対方向に回転する第2の円偏光の光を概ね透過させる円偏光選択反射層を含む円偏光選択反射素子と、を備える光ヘッド装置。 An optical head device for reading information on an optical recording medium or recording information on an optical recording medium,
A light source;
A beam splitter that receives light from the light source and separates the light into at least a first optical path and a second optical path different from the first optical path;
A first photodetector for monitoring the amount of light in the first optical path;
An objective lens for condensing the light of the second optical path onto the optical recording medium;
A second photodetector for detecting reflected light from the optical recording medium,
In the beam splitter, a light amount separation ratio that is a ratio of a light amount of the second optical path to a light amount of the first optical path varies depending on a polarization state of light incident on the beam splitter,
Furthermore, the optical head device comprises:
The first circularly polarized light is substantially reflected on either the optical path between the light source and the beam splitter or the optical path between the beam splitter and the first photodetector, An optical head device comprising: a circularly polarized light selective reflection element including a circularly polarized light selective reflection layer that substantially transmits the second circularly polarized light rotating in the opposite direction to the first circularly polarized light.
前記光源と前記円偏光選択反射素子の前記円偏光選択反射層との間の光路中に前記光源の光を円偏光の光に変調する変調素子が配置されている光ヘッド装置。 The optical head device according to claim 1,
An optical head device in which a modulation element that modulates light from the light source into circularly polarized light is disposed in an optical path between the light source and the circularly polarized light selective reflection layer of the circularly polarized light selective reflection element.
前記光源は直線偏光の光であり、前記光源と前記円偏光選択反射素子の前記円偏光選択反射層との間の光路中に第1の1/4波長板が配置される光ヘッド装置。 The optical head device according to claim 1, wherein:
The optical head device, wherein the light source is linearly polarized light, and a first quarter-wave plate is disposed in an optical path between the light source and the circularly polarized light selective reflection layer of the circularly polarized light selective reflection element.
前記円偏光選択反射素子の前記円偏光選択反射層は、コレステリック相液晶あるいはコレステリック相高分子液晶で形成される光ヘッド装置。 The optical head device according to any one of claims 1 to 3,
The circularly polarized light selective reflection layer of the circularly polarized light selective reflection element is an optical head device formed of cholesteric phase liquid crystal or cholesteric phase polymer liquid crystal.
前記光源は、少なくとも第1の波長の光と、前記第1の波長とは異なる第2の波長の光を出射し、
前記円偏光選択反射素子は、前記第1の波長の前記第1の円偏光の光を概ね反射し、前記第1の波長の前記第2の円偏光の光および、前記第2の波長の前記第1の円偏光の光および前記第2の円偏光の光をともに概ね透過させる光ヘッド装置。 The optical head device according to any one of claims 1 to 4,
The light source emits at least light having a first wavelength and light having a second wavelength different from the first wavelength;
The circularly polarized light selective reflection element substantially reflects the first circularly polarized light having the first wavelength, the second circularly polarized light having the first wavelength, and the second wavelength having the second wavelength. An optical head device that substantially transmits both first circularly polarized light and second circularly polarized light.
前記ビームスプリッタは、前記第1の波長で入射する光の偏光状態による前記光量分離比の変化が、前記第2の波長で入射する光の偏光状態による前記光量分離比の変化より大きい光ヘッド装置。 The optical head device according to claim 5,
The beam splitter is an optical head device in which a change in the light amount separation ratio due to a polarization state of light incident at the first wavelength is larger than a change in the light amount separation ratio due to a polarization state of light incident at the second wavelength. .
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に前記円偏光選択反射素子が配置され、
前記円偏光選択反射素子と前記ビームスプリッタとの間の光路中に第2の1/4波長板が配置される光ヘッド装置。 The optical head device according to any one of claims 1 to 6,
The circularly polarized light selective reflection element is disposed in an optical path between the light source and the beam splitter;
An optical head device in which a second quarter-wave plate is disposed in an optical path between the circularly polarized light selective reflection element and the beam splitter.
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に前記円偏光選択反射素子が配置され、
前記円偏光選択反射素子と3ビーム用回折格子とが一体化される光ヘッド装置。 The optical head device according to claim 7,
The circularly polarized light selective reflection element is disposed in an optical path between the light source and the beam splitter;
An optical head device in which the circularly polarized light selective reflection element and a three-beam diffraction grating are integrated.
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- 2007-04-13 JP JP2007106418A patent/JP2008262660A/en not_active Withdrawn
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