JP2009016023A - 光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置及びその液体ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、厚さが異なる複数種の光ディスクに対応する光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置及びその液体ズームレンズを提供する。
【解決手段】ピックアップ装置は、光を発する光源発生器と、光源発生器による光の経路に設けられ、相溶しない複数の液体層を備える液体ズームレンズとを含む。該液体層の界面には少なくとも１つの曲面が形成され、液体層間の曲面は電圧差信号により曲率が変化し、液体ズームレンズから出射する光の経路を調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置及びその液体ズームレンズに関し、特に記憶媒体の厚さに応じて焦点が変わる光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置及びその液体ズームレンズに関する。

技術の発展に伴い、従来のＣＤはもはや大容量の要求に対応できなくなり、ＤＶＤによって取って代わられつつある。容量わずか７００ＭＢのＣＤと比べ、４．７ＧＢの大容量を有するＤＶＤは現在、記憶媒体の主流になっている。厚さ０．６ｍｍのＤＶＤに対応する光学記憶システムには、開口数０．６のピックアップ装置を利用するのに対して、ＣＤのピックアップ装置は開口数０．４５である。もっとも、ＣＤ／ＤＶＤの両方にも対応する光ディスクドライブでは、ピックアップ装置が統合すべきである。

図１から図３を参照する。図１は開口数の可変な従来のピックアップ装置において、電極が開回路となった状態を表す説明図であり、図２は開口数の可変な従来のピックアップ装置において、電極が閉回路となった状態を表す説明図であり、図３は従来のピックアップ装置に設けられる液晶装置の断面図と平面図である。従来のピックアップ装置１０は液晶装置１２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０と、レンズ２２を含む。図３に示すように、液晶装置１２は２つの電極１６、１８と、電極１６、１８間に設けられる液晶層１４を備える。両電極１６、１８は、光路に置かれた液晶装置１２の外側に設けられている。図１に示すように、両電極１６、１８が開回路となれば、その間に挟まれる液晶層１４は複屈折媒質となり、液晶層１４を通過する光はそれによって偏光方向を９０度回転され、ＰＢＳ２０を通過してレンズ２２に到達する。レンズ２２は光をＤＶＤ２４に集束してデータを読み取る。この場合、ピックアップ装置１０の開口数はＤＶＤ２４に対応する値となる。図２に示すように、両電極１６、１８が閉回路となれば、その間に挟まれる液晶層１４は両電極１６、１８の電圧差に応じて液晶分子の方向を変える。つまり、電圧差のある液晶層１４を通過する光は偏光方向が変化し、電圧差のない液晶層１４を通過する光は偏光方向が変化しない。偏光方向が変化しない光はＰＢＳ２０を透過せず、偏光方向が変化した光のみがＰＢＳ２０を透過してレンズ２２によってＣＤ２６に集束される。この場合、ピックアップ装置１０の開口数はＣＤ２６に対応する値となる。

しかし、上記技術はＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（ブルーレイディスク）に同時に対応することができない。２５Ｇの大容量をもつＢＤが次世代の主流になりうることに鑑みて、０．１ｍｍのＢＤと、０．６ｍｍのＤＶＤと、１．２ｍｍのＣＤに同時に対応するピックアップ装置は開発の目標である。
USP6577376

本発明は厚さが異なる複数種の光ディスクに対応する光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置及びその液体ズームレンズを提供することを課題とする。

本発明は光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を提供する。該ピックアップ装置は、光を発する光源発生器と、光源発生器による光の経路に設けられ、相溶しない複数の液体層を備える液体ズームレンズとを含む。該液体層の界面には少なくとも１つの曲面が形成され、液体層間の曲面は電圧差信号により曲率が変化し、液体ズームレンズから出射する光の経路を調整する。

本発明は更に液体ズームレンズを提供する。該液体ズームレンズは、第一光透過層と第二光透過層とを備える液体室と、液体室の中で第一光透過層の一側に近いように設けられる第一液体層と、液体室の中で第一液体層と第二光透過層との間に設けられる第二液体層と、液体室の中で第二液体層と第二光透過層との間に設けられる第三液体層とを含む。該液体室に充満する第一液体層、第二液体層、第三液体層は相溶せず、第一液体層と第二液体層の界面には第一曲面が形成され、第二液体層と第三液体層の界面には第二曲面が形成され、第一液体層、第二液体層、第三液体層との間の第一曲面と第二曲面は電圧差信号により曲率が変化し、焦点距離の調整を可能にする。

本発明は更に以下のような液体ズームレンズを提供する。該液体ズームレンズは、第一光透過層と第二光透過層を備える液体室と、液体室の中で第一光透過層の一側に近いように設けられる第一液体層と、液体室の中で第一液体層と第二光透過層との間に設けられる第二液体層とを含む。該液体室に充満する第一液体層と第二液体層は相溶せず、第一液体層と第二液体層との界面には曲面が形成され、第一液体層と第二液体層との間に形成される曲面は電圧差信号により曲率が変化し、焦点距離の調整を可能にする。

本発明による焦点距離の可変な液体ズームレンズの多焦点ピックアップ装置は、液体ズームレンズ内部の電圧差に基づいて、対象記憶媒体の厚さに応じて液体ズームレンズの焦点距離を調整して光を集束することができるため、複数種の光ディスクに対応できる。

かかる装置の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照にして以下に説明する。

〔実施例１〕
図４を参照する。図４は本発明の実施例１による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を示す。図４に示すように、光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置５０は、光源発生器５２と液体ズームレンズ５４とを備える。光源発生器５２はレーザーを生成して記憶媒体５８を読み取るレーザーダイオードであって、その波長は記憶媒体５８の形式（ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ）によって決められる。例えば、ＣＤ対応の光源発生器としては波長７８０ｎｍの赤色レーザーダイオードを利用し、ＤＶＤ対応の光源発生器としては波長６５０ｎｍの赤色レーザーダイオードを利用し、ＢＤ対応の光源発生器としては波長４０５ｎｍの青色ダイオードを利用することが可能である。液体ズームレンズ５４は光源発生器５２による光の経路に設けられ、透過した光を記憶媒体５８に集束してデータを読み込む。多焦点ピックアップ装置５０は更にレンズ５６を備える。記憶媒体５８への集束効果を向上させ、収差を防止するため、上記液体ズームレンズ５４は光源発生器５２とレンズ５６との間に設けられる。もっとも、レンズ５６の設置位置はこれに限らない。図５を参照する。図５は本発明の実施例１において、光源発生器と液体ズームレンズとの間にレンズを設けた構造を表す説明図である。図５に示すように、レンズ５６は光源発生器５２と液体ズームレンズ５４との間に設けてもよい。

液体ズームレンズ５４は、第一光透過層６０と第二光透過層６２を有する液体室６４と、液体室６４の中で第一光透過層６０の一側に近いように設けられる第一液体層６６と、第一液体層６６と第二光透過層６２との間に設けられる第二液体層６８とを備える。液体室６４に充満する第一液体層６６と第二液体層６８は相溶せず、その界面は第一曲面７０を呈する。第一曲面７０は電圧差信号により曲率が変化し、それによって焦点距離が変わる。第一液体層６６としてはシリコーン油などの非導電液体を利用し、第二液体層６８としては塩水などの導電液体を利用することができる。液体室６４の形状としては円柱形や長方体が可能であるが、これに限らない。

本実施例では、第一光透過層６０は液体室６４を通過する光の入射面に位置し、第二光透過層６２は液体室６４を通過する光の出射面に位置する。第一液体層６６と第二液体層６８は、第一光透過層６０と第二光透過層６２とによって液体ズームレンズ５４の中に封じ込められている。第一光透過層６０の第一液体層６６に対向する表面は、第一光透過層６０と第一液体層６６の界面を通過する入射光を集束する定曲率曲面とされる。もっとも本発明はそれに限らず、第一光透過層６０の第一液体層６６に対向する表面を平面にすることも可能である。第一光透過層６０と第二光透過層６２は、ガラスや透明プラスチックなどの透明材からなる。

液体ズームレンズ５４は更に、第一液体層６６と第一光透過層６０との間に設けられる第一電極７２と第二電極７４とを備え、第二電極７４は第二液体層６８と電気的に接続されている。本実施例では、第二電極７４は液体室６４の側壁に設けられて第二液体層６８と電気的に接続されている。もっとも本発明はそれに限らず、第二電極７４を他の位置に設置して第二液体層６８と接続させることも可能である。液体ズームレンズ５４は更に、第一電極７２と第一液体層６６との間に設けられる第一絶縁層７６と、第一絶縁層７６と第一液体層６６との間に設けられる第一誘電層７８とを備える。第一絶縁層７６と第一誘電層７８の設置位置は第一電極７２の設置位置を交換することができる。第一電極７２と第二電極７４は電圧源の正極と負極にそれぞれ接続することによって電圧差が生じる。電圧差により第一絶縁層７６と第一電極７２との界面に正電荷が生じ、第一液体層６６と第二液体層６８との界面に負電荷が生じる。したがって、第一液体層６６の表面張力はそれによって変化し（エレクトロウェッティング）、第一曲面７０の曲率もそれに伴って変化する。第一曲面７０の曲率半径が変化すると、液体ズームレンズ５４を透過する光の集束効果も異なってくる。そのため、本発明は電圧差を調整することで、開口数に応じて液体ズームレンズの焦点距離を変え、複数種の光ディスクの読み取ることが可能である。上記第一光透過層６０と第二光透過層６２として屈折率１．５０５のガラスを利用し、第一液体層６６として屈折率１．４０９のシリコーン油を利用し、第二液体層６８として屈折率１．３３０の塩水を利用し、定曲率曲面の曲率半径を−５センチとすることが可能である。第一電極７２と第二電極７４との電圧差が０である場合、第一曲面７０の曲率半径は１．５９センチであり、液体ズームレンズ５４の焦点距離は２．３４センチである。第一電極７２と第二電極７４との電圧差が１００Ｖとなると、第一曲面７０の曲率半径は３．５センチとなり、液体ズームレンズ５４の焦点距離は２．１５センチとなる。本発明はこのように第一電極７２と第二電極７４との電圧差を調整することで、液体ズームレンズ５４の焦点距離を調整して光を集束する。

〔実施例２及び実施例３〕
もっとも、本発明による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置に、上記と別の液体ズームレンズを利用することも可能である。説明を簡素化するため、実施例１と同じ構成部分については同じ番号をつけ、その説明を省略する。図６と図７を参照する。図６は本発明の実施例２による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図であり、図７は本発明の実施例３による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。実施例１と異なり、図６に示す液体ズームレンズ８１自体はレンズ８２を備えている。レンズ８２は第一光透過層６０の外表面に設けられ、液体ズームレンズ８１の集束機能を強化する効果がある。このような多焦点ピックアップ装置では、別途にレンズを設置することが不要となる。もっとも、レンズ８２の設置位置は第一光透過層の外表面に限らず、図７に示すように第二光透過層６２の外表面に設けることも可能である。

〔実施例４〕
なお、本発明による液体ズームレンズの液体層の数量は２つに限らず、３つの液体層からなる構造も可能である。図８を参照する。図８は本発明の実施例４による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。実施例１と比べ、図８に示す液体ズームレンズ１０１は、第一光透過層１０４と第二光透過層１０６からなる液体室１０２と、液体室１０２の中で第一光透過層１０４の一側に近いように設けられる第一液体層１０８と、液体室１０２の中で第一液体層１０８と第二光透過層１０６との間に設けられる第二液体層１１０と、液体室１０２の中で第二液体層１１０と第二光透過層１０６との間に設けられる第三液体層１１２とを含む。液体室１０２に充満する第一液体層１０８、第二液体層１１０、及び第三液体層１１２は相溶せず、第一液体層１０８と第二液体層１１０の界面は第一曲面１１４を呈し、第二液体層１１０と第三液体層１１２の界面は第二曲面１１６を呈する。第一曲面１１４と第二曲面１１６は電圧差信号により曲率が変化する。また、第一液体層１０８と第二液体層１１０の界面、及び第二液体層１１０と第三液体層１１２の界面を平面にすることもできる。

液体ズームレンズ１０１は更に、第一光透過層１０４と第一液体層１０８との間に設けられる第一電極１１８と、第二液体層１１０に電気的に接続される第二電極１２４と、第二光透過層１０６と第三液体層１１２との間に設けられる第三電極１２６を備える。第一電極１１８と第二電極１２４は電圧源の正極と負極にそれぞれ接続され、第二電極１２４と第三電極１２６は他の電圧源の負極と正極にそれぞれ接続されている。もっとも、電極を同一の電圧源に接続することも可能である。液体ズームレンズ１０１は更に、第一光透過層１０４と第一液体層１０８との間に設けられる第一絶縁層１２０と、第一絶縁層１２０と第一液体層１０８との間に設けられる第一誘電層１２２と、第三電極１２６と第三液体層１１２との間に設けられる第二絶縁層１２８と、第二絶縁層１２８と第三液体層１１２との間に設けられる第二誘電層１３０とを含む。実施例１と比べ、本実施例による液体ズームレンズ１０２には第三液体層１１２、第三電極１２６、第二絶縁層１２８と第二誘電層１３０が増設されている。本実施例による液体ズームレンズ１０２は２つの可変曲面を有し、追加された曲面は、第二電極１２４と第三電極１２６との間の電圧差を調整することで制御できる。このような液体ズームレンズ１０２は集束効果が特に優れている。上記第一光透過層１０４と第二光透過層１０６として屈折率１．５０５のガラスを利用し、第一液体層１０８と第三液体層１１２として屈折率１．４０９のシリコーン油を利用し、第二液体層１１０として屈折率１．３３０の塩水を利用することができる。第一電極１１８と第二電極１２４の電圧差、及び第二電極１２４と第三電極１２６の電圧差が０である場合、第一曲面１１４の曲率半径は−４センチであり、第二曲面１１６の曲率半径は４センチであり、液体ズームレンズ１０１の焦点距離は１．２５センチである。第一電極１１８と第二電極１２４の電圧差、及び第二電極１２４と第三電極１２６の電圧差が８０Ｖとなると、第一曲面１１４の曲率半径は−６センチとなり、第二曲面１１６の曲率半径は６センチとなり、液体ズームレンズ１０１の焦点距離は−１センチとなる。本発明はこのように第一電極１１８と第二電極１２４の電圧差、及び第二電極１２４と第三電極１２６の電圧差を調整することで、液体ズームレンズ５４の焦点距離を調整し、光を集束する。

〔実施例５及び実施例６〕
図９と図１０を参照する。図９は本発明の実施例５による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図であり、図１０は本発明の実施例６による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。説明を簡素化するため、上記実施例４と同一の構成部分については同じ番号をつけ、その説明を省略する。実施例４と異なり、図９に示す液体ズームレンズ１５１自体はレンズ１５２を備えている。第一光透過層１０４の外表面に設けられるレンズ１５２を利用すれば、多焦点ピックアップ装置ではレンズを設置することが不要となる。もっとも、レンズ１５２の設置位置は第一光透過層の外表面に限らず、図１０に示すように第二光透過層１０６の外表面に設けることも可能である。

以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

本発明は焦点距離の可変な液体ズームレンズをピックアップ装置に装着することを内容とする。かかる技術は実施可能である。

開口数の可変な従来のピックアップ装置において、電極が開回路となった状態を表す説明図である。 開口数の可変な従来のピックアップ装置において、電極が閉回路となった状態を表す説明図である。 従来のピックアップ装置に設けられる液晶装置の断面図と平面図である。 本発明の実施例１による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を示す説明図である。 本発明の実施例１において、光源発生器と液体ズームレンズとの間にレンズを設けた構造を表す説明図である。 本発明の実施例２による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。 本発明の実施例３による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。 本発明の実施例４による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。 本発明の実施例５による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。 本発明の実施例６による光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置を表す説明図である。

符号の説明

１０ ピックアップ装置
１２ 液晶装置
１４ 液晶層
１６、１８ 電極
２０ ＰＢＳ
２２、５６、８２、 レンズ
９２、１５２、１６２
２４ ＤＶＤ
２６ ＣＤ
５０ 多焦点ピックアップ装置
５２ 光源発生器
５４、８１、９１、 液体ズームレンズ
１０１、１５１、１６１
５８ 記憶媒体
６０、１０４ 第一光透過層
６２、１０６ 第二光透過層
６４、１０２ 液体室
６６、１０８ 第一液体層
６８、１１０ 第二液体層
７０、１１４ 第一曲面
７２、１１８ 第一電極
７４、１２４ 第二電極
７６、１２０ 第一絶縁層
７８、１２２ 第一誘電層
１１２ 第三液体層
１１６ 第二曲面
１２６ 第三電極
１２８ 第二絶縁層
１３０ 第二誘電層

Claims (28)

1. 光学記憶システムの多焦点ピックアップ装置であって、
   光を発する光源発生器と、
   光源発生器による光の経路に設けられ、相溶しない複数の液体層を備える液体ズームレンズとを含み、
   前記液体層の界面には少なくとも１つの曲面が形成されており、
   前記曲面は、当該液体層への電圧差信号により前記曲面の曲率が調整可能に構成されていることを特徴とするピックアップ装置。
2. 前記複数の液体層は第一液体層と第二液体層とを含むことを特徴とする請求項１記載のピックアップ装置。
3. 前記液体ズームレンズは更に、複数の液体層を液体ズームレンズの中に封じ込む第一光透過層と第二光透過層とを含み、
   前記第一光透過層は液体ズームレンズの光入射面に設けられ、
   前記第二光透過層は液体ズームレンズの光出射面に設けられることを特徴とする請求項２記載のピックアップ装置。
4. 前記第一光透過層の第一液体層に対向する表面は定曲率曲面であることを特徴とする請求項３記載のピックアップ装置。
5. 前記第一光透過層の第一液体層に対向する表面は平面であることを特徴とする請求項３記載のピックアップ装置。
6. 前記液体ズームレンズは更に、第一光透過層と第一液体層との間に設けられる第一電極を備えることを特徴とする請求項３記載のピックアップ装置。
7. 前記液体ズームレンズは更に、第一光透過層と第一液体層との間に設けられる第一絶縁層と第一誘電層を備えることを特徴とする請求項６記載のピックアップ装置。
8. 前記複数の液体層は更に第三液体層を含むことを特徴とする請求項２記載のピックアップ装置。
9. 前記液体ズームレンズは更に、第二光透過層と第三液体層との間に設けられる第二電極を含むことを特徴とする請求項８記載のピックアップ装置。
10. 前記液体ズームレンズは更に、第二光透過層と第三液体層との間に設けられる第二絶縁層と第二誘電層とを備えることを特徴とする請求項９記載のピックアップ装置。
11. 前記多焦点ピックアップ装置は更に、光を集束するレンズを備えることを特徴とする請求項１記載のピックアップ装置。
12. 前記レンズは、前記光源発生器と前記液体ズームレンズとの間に設けられることを特徴とする請求項１１記載のピックアップ装置。
13. 前記液体ズームレンズは、前記光源発生器と前記レンズとの間に設けられることを特徴とする請求項１１記載のピックアップ装置。
14. 前記レンズは、前記液体ズームレンズの光入射面の表面に設けられることを特徴とする請求項１１記載のピックアップ装置。
15. 前記レンズは、前記液体ズームレンズの光出射面の表面に設けられることを特徴とする請求項１１記載のピックアップ装置。
16. 液体ズームレンズであって、
    第一光透過層と第二光透過層とを備える液体室と、
    前記液体室の中で前記第一光透過層の一方の端部側に近接して設けられる第一液体層と、
    前記液体室の中で前記第一液体層と前記第二光透過層との間に設けられる第二液体層と、
    前記液体室の中で前記第二液体層と前記第二光透過層との間に設けられる第三液体層とを備え、
    そのうち、前記液体室に充満する第一液体層、第二液体層、第三液体層は相溶せず、前記第一液体層と第二液体層の界面には第一曲面が形成され、前記第二液体層と第三液体層の界面には第二曲面が形成され、前記第一液体層、第二液体層、第三液体層の間の第一曲面と第二曲面は電圧差信号により曲率が調整可能に構成されていることを特徴とする液体ズームレンズ。
17. 前記液体ズームレンズは更に、前記第一光透過層と第一液体層との間に設けられる第一電極と、前記第二液体層と電気的に接続される第二電極と、前記第二光透過層と第三液体層との間に設けられる第二電極とを備えることを特徴とする請求項１６記載の液体ズームレンズ。
18. 前記液体ズームレンズは更に、第一光透過層と第一液体層の間に設けられる第一絶縁層と第一誘電層を含み、該第一誘電層は第一絶縁層と第一液体層の間に設けられることを特徴とする請求項１７記載の液体ズームレンズ。
19. 前記液体ズームレンズは更に、前記第二光透過層と第三液体層との間に設けられる第二絶縁層と第二誘電層を含み、該第二誘電層は第二絶縁層と第三液体層との間に設けられることを特徴とする請求項１７記載の液体ズームレンズ。
20. 前記液体ズームレンズは更に、前記第二光透過層から離れて、前記第一光透過層の外表面に設けられるレンズを含むことを特徴とする請求項１６記載の液体ズームレンズ。
21. 前記液体ズームレンズは更に、前記第一光透過層から離れて、前記第二光透過層の外表面に設けられるレンズを含むことを特徴とする請求項１６記載の液体ズームレンズ。
22. 液体ズームレンズであって、
    第一光透過層と第二光透過層とを備える液体室と、
    前記液体室の中で第一光透過層の一方の端部側に近接して設けられる第一液体層と、
    前記液体室の中で第一液体層と第二光透過層との間に設けられる第二液体層とを含み、
    そのうち、前記液体室に充満する第一液体層と第二液体層は相溶せず、前記第一液体層と第二液体層の界面には曲面が形成され、前記第一液体層と第二液体層との間に形成される曲面は電圧差信号により曲率が調整可能に構成されていることを特徴とする液体ズームレンズ。
23. 前記液体ズームレンズは更に、前記第一光透過層と第一液体層との間に設けられる第一電極と、前記第二液体層と電気的に接続される第二電極とを含むことを特徴とする請求項２２記載の液体ズームレンズ。
24. 前記液体ズームレンズは更に、前記第一光透過層と第一液体層との間に設けられる第一絶縁層と第一誘電層を含み、該第一誘電層は第一絶縁層と第一液体層との間に設けられることを特徴とする請求項２２記載の液体ズームレンズ。
25. 前記液体ズームレンズは更に、前記第二光透過層から離れて、前記第一光透過層の外表面に設けられるレンズを含むことを特徴とする請求項２２記載の液体ズームレンズ。
26. 前記液体ズームレンズは更に、前記第一光透過層から離れて、前記第二光透過層の外表面に設けられるレンズを含むことを特徴とする請求項２２記載の液体ズームレンズ。
27. 前記第一光透過層の第一液体層に対向する表面は曲面であることを特徴とする請求項２２記載の液体ズームレンズ。
28. 前記第一光透過層の第一液体層に対向する表面は平面であることを特徴とする請求項２２記載の液体ズームレンズ。

Images