JP3271890B2 - 光ピックアップ - Google Patents

光ピックアップ

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JP3271890B2
JP3271890B2 JP05467096A JP5467096A JP3271890B2 JP 3271890 B2 JP3271890 B2 JP 3271890B2 JP 05467096 A JP05467096 A JP 05467096A JP 5467096 A JP5467096 A JP 5467096A JP 3271890 B2 JP3271890 B2 JP 3271890B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクから記
録情報を読み出しあるいは記録するための光ピックアッ
プに係り、特にDVD(ディジタル・ビデオ・ディス
ク)とCD(コンパクト・ディスク)の両方に使用可能
なコンパチブルタイプの光ピックアップに関する。
【0002】
【従来の技術】DVDは、大容量のディジタル情報を記
録することのできる光ディスクであって、CDと同じ直
径12cmのディスクに動画やコンピュータ情報などの
ディジタル情報をCDの6〜8倍の記録密度で記録でき
るようにしたものである。このような高密度記録を達成
するために、DVDでは種々の工夫を凝らしている。例
えば、DVDの一種であるSD(スーパー・デンシティ
・ディスク)を例に採ると、記録容量を高めるために、
使用するレーザ光源の波長をCDの780nmよりも短
い650nmまたは635nmとし、対物レンズの開口
数NAをCDの0.45よりも大きな0.6とし、さら
にデータ圧縮アルゴリズムとしてMPEG2を用いるな
どして、ディスク片面に約5Gバイト(CDの約8倍)
の高密度記録を達成している。
【0003】前述したように、DVDはCDに比べてか
なりの高密度記録であるため、ピット情報を読み取るた
めのレーザビームのスポット径をCDに比べてかなり小
さくする必要がある。レーザビームのスポット径は使用
するレーザの波長λに比例し、対物レンズの開口数NA
に反比例する。SDでは、波長の短いレーザ光源と、開
口数NAの大きな対物レンズを用いることによりこれを
実現している。
【0004】ところで、DVDとCDは同じ記録形式の
光ディスクであり、DVDプレーヤでCDも再生できる
ようにすることが望まれる。そこで、本出願人は、先
に、液晶パネルを用いてDVDとCDの両方にコンパチ
ブルに用いることのできる光ピックアップを提案した
(特願平7−199500号)。図8〜図10に、この
先願に係る光ピックアップを示す。
【0005】図8において、1はレーザ光源、2は偏光
ビームスプリッタ、3はコリメータレンズ、4は液晶パ
ネル、5は対物レンズ、6は光ディスク、7は集光レン
ズ、8は受光器、9は液晶パネル制御回路である。レー
ザ光源1から出射されたレーザビームBは偏光ビームス
プリッタ2を通り、コリメータレンズ3で平面波とされ
た後、液晶パネル4を通って対物レンズ5で集光され、
光ディスク6の情報記録面に焦点を結ばれる。
【0006】光ディスクの情報記録面から反射したレー
ザビームは、対物レンズ5、液晶パネル4、コリメータ
レンズ3を通って偏光ビームスプリッタ2に達する。そ
して、後述するところから明らかとなるように、偏光ビ
ームスプリッタ2の偏光面で水平方向に反射され、集光
レンズ7を介して受光器8上に像を結ばれるものであ
る。
【0007】図9に、前記液晶パネル4の構造を示す。
401aは透明なガラス基板であって、このガラス基板
の内面にITOなどの透明電極402aが蒸着されてい
る。さらに、この透明電極402aの内面には、液晶に
所定の分子配向を与えるための配向膜403aが形成さ
れており、この配向膜403aの間に、ネマチック液晶
などの複屈折を有する液晶404が封入されている。
【0008】前記透明電極402aは、その中心位置に
円形の開口パターン405を中抜きした電極形状とされ
ており、この円形の開口パターン405を除いた部分に
のみ電圧を印加できるように構成されている。
【0009】前記ガラス基板401aの間に封入される
液晶404のセル厚dは、この液晶中を通過するレーザ
ビームに、波長λの1/4またはその奇数倍の位相差を
与えるような厚さ、すなわち、図11に示すように、液
晶分子Mの複屈折をΔnとするとき、Δn・d=λ/
4、3λ/4、5λ/4、…を満足するような厚さに設
定される。図11中、n1は液晶分子Mの光学軸方向の
屈折率、n2はこれと直交する方向の屈折率である。な
お、複屈折Δnが正(Δn>0)の液晶をP型液晶、複
屈折Δnが負(Δn<0)の液晶をN型液晶と呼んでい
る。
【0010】前記図9は、P型液晶を用いた場合の例で
あって、(A)の断面方向から見たとき、液晶分子Mの
光学軸(図11参照)がガラス基板と平行で、かつ、
(B)の平面方向から見たとき、液晶分子Mの光学軸が
45°方向、すなわち対角線方向を向くように、配向膜
403aによって分子配向が与えられている。液晶分子
Mの光学軸方向は光の偏光面を与える。したがって、図
9の液晶パネル4の場合、偏光面は対角線方向(45°
方向)となっている。そして、このような構成になる液
晶パネル4を、図8に示すように、その偏光面Pが偏光
ビームスプリッタ2の偏光面Pと45°の傾きをもって
交わるように配置するものである。
【0011】次に、前記のように構成した光ピックアッ
プの動作を説明する。SDなどのDVDを再生あるいは
記録する場合には、液晶パネル制御回路9にDVD選択
信号が与えられる。DVD選択信号が与えられた場合、
液晶パネル制御回路9から液晶パネル4に対しては何ら
の電圧も印加されない。したがって、このときの液晶パ
ネル4の状態は、図9(A)のスイッチSWがOFFの
状態と等価になる。このため、封入された液晶404
は、図9(A)(B)に示したような平行配向状態のまま
であり、液晶パネル4の全面がいわゆる1/4波長板と
して作用する。
【0012】前記のようにして液晶パネル4の全面が1
/4波長板として作用するように設定されると、レーザ
光源1から放射されて液晶パネル4を通るレーザビーム
Bのすべてが直線偏光から円偏光に変えられる。そし
て、この円偏光に変えられたレーザビームBは、光ディ
スク6で反射されて再び液晶パネル4を通過するが、こ
のとき反射ビームは円偏光から直線偏光に戻される。
【0013】直線偏光に戻された反射ビームの偏光面
は、図8中に点線の矢印で示すように、偏光ビームスプ
リッタ2の偏光面Pと直交する向きに回転されたものと
なっている。したがって、光ディスク6からの反射ビー
ムは偏光ビームスプリッタ2の偏光面で水平方向に反射
され、集光レンズ7を介して受光器8へ送られる。
【0014】このように、DVD再生時には、液晶パネ
ル4の全面が1/4波長板として作用し、反射光のすべ
てが受光器へ送られるので、対物レンズ5はそのレンズ
全面が使用されることになる。したがって、この時の対
物レンズ5の開口数NAをDVDに適した値、例えばS
Dの場合ならば、開口数NA=0.6となるように設定
しておけば、DVDを効率よく再生し、あるいは記録す
ることができる。
【0015】なお、DVD記録時には、レーザ光源1の
出力パワーを上げるとともに、レーザ光源1から出射さ
れるレーザビームBを記録情報によって光変調してやれ
ばよい。DVDが相変化ディスクの場合には、光変調さ
れたレーザビームをディスク面に照射するだけでよい
が、DVDが光磁気ディスクの場合、記録情報によって
光変調されたレーザビームを照射すると同時に、図示を
略した磁界発生手段によってディスク上のスポット面に
磁界を与えてやる必要がある。
【0016】一方、CDを再生する場合は、液晶パネル
制御回路9にCD選択信号が与えられる。CD選択信号
が与えられた場合、液晶パネル制御回路9から液晶パネ
ル4の透明電極402aに対して所定の電圧が印加され
る。したがって、このときの液晶パネル4は、図10
(A)のスイッチSWがONした状態と等価になる。
【0017】スイッチSWがON状態とされている場
合、透明電極402aに電圧eが印加されるので、封入
された液晶404は、図10(A)(B)に示したよう
に、透明電極402a部分の液晶のみが基板と垂直配向
となり、この部分は1/4波長板として作用しなくな
る。このため、円形の開口パターン405部分のみが1
/4波長板として作用する。
【0018】前記のように円形の開口パターン405部
分のみが1/4波長板として作用すると、この開口パタ
ーン405部分を通るレーザビームのみが偏光され、透
明電極402a部分を通るレーザビームは偏光されるこ
とがない。
【0019】したがって、CD再生時には、1/4波長
板として作用する円形の開口パターン405部分を通っ
たレーザビームのみが偏光ビームスプリッタ2の偏光膜
のついた面で水平方向に反射され、集光レンズ7を介し
て受光器8に送られる。このため、透明電極402a部
分を通ったレーザビームは、偏光ビームスプリッタ2の
偏光膜のついた面で反射されることなく、そのまま偏光
ビームスプリッタ2を通過してしまう。
【0020】すなわち、対物レンズ5を通るレーザビー
ムのうち、収差の大きなレンズ外周部を通るレーザビー
ムのみがカットされたことと等価であり、対物レンズ5
の開口数NAがそれだけ小さくなったことになる。した
がって、この時の対物レンズ5の開口数NAが等価的に
CDに適した値、例えばNA=0.37程度(使用レー
ザ波長650nmの場合)となるように、前記開口パタ
ーン405の形状を設定しておけば、DVDと同じ光ピ
ックアップを用いてCDを効率よく再生することができ
る。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図8に示し
たように、液晶パネル4は、対物レンズ5の光軸上に位
置して、光軸と垂直(90°)に交わるように配置して
いた。このように光軸と垂直に交わるように配置した場
合、液晶パネル4のガラス基板401や透明電極402
aの表面から反射したレーザ光が迷光となって受光器8
に入り込むことがある。これを防止するには、ガラス基
板401、透明電極402a、配向膜403aの界面に
反射防止膜を形成する必要があり、光ピックアップが高
価なものとなってしまう。
【0022】また、実際の製品としての液晶パネル4
は、図12に示すように、液晶404を封入する際に、
配向膜403aによって液晶分子Mに所定のプレチルト
角θを与えて封入するようにしている。このプレチルト
が与えられていない場合、電圧を印加した時に液晶分子
Mはどの方向に動けばよいか決定することができず、そ
れぞれの液晶分子がばらばらに動いてしまうため、満足
のいく特性が得られない。したがって、実際の製品とし
ての液晶パネル4には、このプレチルト角θが必ず付与
されている。なお、このプレチルト角θとしては、図9
(A)のように電圧無印加時に液晶分子が平行配向構造
とされるP型液晶ではθ=2〜20°程度、また、電圧
無印加時に液晶分子が垂直配向構造とされるN型液晶で
はθ=89〜80°程度が選ばれている。
【0023】前記のように液晶パネル4にプレチルトが
与えられていると、液晶分子Mは透過するレーザビーム
と垂直に交わらず、プレチルト角θ分だけ傾いた状態で
交わることになる。液晶分子Mがレーザビームに対して
傾いて交わるということは、液晶パネル4が完全な1/
4波長板として作用できないということである。
【0024】すなわち、液晶パネル4が完全な1/4波
長板として作用している場合、直線偏光からなるレーザ
ビームが液晶パネル4に入射すると、透過後のレーザビ
ームは図13に示すように完全な円偏光となる。しかし
ながら、液晶パネル4にプレチルト角θが与えられてい
る場合には、透過後のビームは、そのプレチルト角θに
応じて、図14に示すような楕円偏光となってしまう。
このため、光の利用効率が低下するとともに、不要光が
受光器8側へ漏れてしまい、S/N低下の原因となる。
【0025】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、先願に係る光ピックアップを改良
し、液晶分子にプレチルトが与えられていても、液晶パ
ネルを完全な1/4波長板として作用させることがで
き、光の利用効率とS/Nに優れた光ピックアップを提
供することを目的とするものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では次のような手段を採用した。すなわち、
請求項1記載の光ピックアップは、少なくともレーザ光
源と対物レンズと、前記対物レンズとレーザ光源の間
に、透過光の偏光状態を変化させる液晶分子を有する液
晶パネルとを備え、前記液晶分子に与えたプレチルト角
をθとするとき、前記液晶分子がP型液晶の場合は前記
液晶パネルを光軸に対して角度θ傾けて前記液晶分子が
前記光軸に対して垂直になるよう配置し、また前記液晶
分子がN型液晶の場合は前記液晶パネルを光軸に対して
角度(90°−θ)傾けて前記液晶分子が前記光軸に対
して平行になるよう配置したことを特徴とする。
【0027】本発明の光ピックアップは、前記のような
手段を採用したので、液晶パネルのガラス基板や透明電
極の表面でレーザ光が反射しても、反射光は光軸から離
れる方向に反射されるので、迷光となって受光器に入り
込むようなことがなくなる。
【0028】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図1および図2は、本発明に係る
光ピックアップの一例を示すもので、図1は光ピックア
ップの全体構成を示す図、図2は図1中の液晶パネル部
分の模式拡大説明図である。なお、これらの図におい
て、先願の光ピックアップと同一もしくは相当部分には
同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0029】本発明の光ピックアップが先願のものと異
なる点は、図1に示すように、液晶パネル4を対物レン
ズ5の光軸に対して液晶分子のプレチルト角θだけ傾け
て配置し、液晶パネル4内に封入された液晶分子が対物
レンズ5の光軸に対して直角に交わるように配置した点
である。
【0030】すなわち、P型液晶の場合、図2に示すよ
うに、電圧無印加時において液晶分子Mがガラス基板4
01と平行となるいわゆる平行配向構造とされるが、前
述したように、封入された液晶分子Mには配向膜403
aによって所定のプレチルト角θ(θ=2〜20°程
度)が与えられている。そこで、液晶パネル4をこのプ
レチルト角θだけ傾け、液晶分子Mが対物レンズ5の光
軸と直角に交わるように配置したものである。
【0031】このような配置とした場合、DVD再生時
には、透明電極402aに電圧が印加されないので、す
べての液晶分子Mが光軸と直交状態となり、液晶パネル
4の全面が完全な1/4波長板として作用する。したが
って、液晶パネル4に入射した直線偏光波からなるレー
ザビームBは、液晶パネル4を透過後、図13に示した
ような完全な円偏光波となって出射される。
【0032】一方、CD再生時には、図3に示すよう
に、開口パターン405の周囲の透明電極402aにの
み電圧が印加され、円形の開口パターン405部分のみ
が1/4波長板として作用するように制御される。
【0033】すなわち、液晶分子Mの配向状態は、透明
電極402aへの印加電圧eによって自由に制御するこ
とができる。そこで、CD再生時には、透明電極402
aに、透明電極402a部分の液晶分子Mが光軸と平行
配向となるような電圧eを印加するように設定してお
く。これによって透明電極402a部分の液晶分子Mは
光軸と平行な状態となり、透明電極402a部分は1/
4波長板としての作用がまったくなくなる。このため、
透明電極402a部分に入射した直線偏光波からなるレ
ーザビームBは、液晶パネル4を透過した後も、図4に
示すような元の直線偏光波のままとなる。
【0034】このように、液晶パネル4をそのプレチル
ト角θだけ傾け、電圧無印加時の液晶分子Mが光軸と直
角に交わるように配置することにより、液晶パネル4の
全面、あるいは開口パターン405部分を完全な1/4
波長板として作用させることができる。したがって、光
の利用効率が向上するとともに、不要光が受光器8に漏
れるようなこともなくなり、S/Nを向上することがで
きる。
【0035】さらに、液晶パネル4のガラス基板40
1、透明電極402a、配向膜403aもプレチルト角
θだけ傾いた状態となるので、これらの表面でレーザビ
ームBが反射したとしても、反射光は光軸から離れる方
向に反射され、迷光となって受光器8に入射するような
ことがなくなる。このため、反射防止膜も不要とするこ
とができる。
【0036】図5〜図7に、前記液晶パネル4としてN
型の液晶を用いた場合の例を示す。N型の液晶パネル
は、図5に示すように、電圧無印加時において液晶分子
Mがガラス基板401と垂直となるいわゆる垂直配向構
造とされるが、封入された液晶分子Mには配向膜403
aによって所定のプレチルト角θ(θ=89〜80°程
度)が与えられている。そこで、N型の液晶パネル4を
用いる場合には、前述したP型液晶の場合とは逆に、電
圧無印加時に液晶分子Mが光軸と平行になるように、液
晶パネル4を(90°−θ)だけ傾けて配置すればよ
い。
【0037】なお、N型の液晶パネル4を用いる場合、
DVD再生時に液晶の全面を1/4波長板として作用さ
せる必要があるため、P型液晶では不要であった中央の
開口パターン405部分にも、電圧印加用の透明電極4
02bを形成しておく必要がある。
【0038】DVD再生時には、図6に示すように、透
明電極402aと402の両方に対して電圧eを印加
する。この印加電圧eの値は、前述したP型液晶と同様
に、液晶分子Mが光軸と直交状態となるような値とす
る。このように印加電圧eを設定しておくことにより、
電圧印加時、すべての液晶分子Mが光軸と直交状態とな
る。したがって、液晶パネル4の全面が完全な1/4波
長板として作用し、入射した直線偏光波からなるレーザ
ビームBは、液晶パネル4を透過後、図13に示したよ
うな完全な円偏光となって出射される。
【0039】一方、CD再生時には、図7に示すよう
に、中央の開口パターン405部分の透明電極402b
に対してのみ、前記電圧電圧eを印加する。これによっ
て、中央の透明電極402bのみが完全な1/4波長板
として作用するとともに、その周囲の透明電極402a
部分は1/4波長板としての作用がまったくなくなる。
したがって、中央の透明電極402b部分を透過した直
線偏光波からなるレーザビームBは、図13に示したよ
うな完全な円偏光になるとともに、透明電極402a部
分を透過したレーザビームBは、図4に示すような元の
直線偏光のままとなる。
【0040】このように、N型の液晶パネルを用いた場
合も、液晶パネル4を(90°−θ)だけ傾けて配置す
ることにより、液晶パネル4の全面、あるいは開口パタ
ーン405部分を完全な1/4波長板として作用させる
ことができる。したがって、光の利用効率が向上すると
ともに、不要光が受光器8に漏れるようなこともなくな
り、S/Nを向上することができる。
【0041】また、液晶パネル4のガラス基板401、
透明電極402a、配向膜403aも(90°−θ)だ
け傾いた状態となるので、これらの表面でレーザビーム
Bが反射したとしても、反射光は光軸から離れる方向に
反射され、迷光となって受光器8に入射することがなく
なる。このため、反射防止膜も不要とすることができ
る。
【0042】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、
その発明の主旨に沿った各種の変形が可能である。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶パネルが傾斜配置されているので、液晶パネルのガ
ラス基板や透明電極の表面でレーザ光が反射しても、反
射光は光軸から離れる方向に反射され、迷光となって受
光器に入り込むようなことがなくなる。このため、反射
防止膜が不要となり、光ピックアップのコスト低減を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ピックアップの全体構成を示す
図である。
【図2】図1中の液晶パネル部分の電圧無印加時の模式
拡大説明図である。
【図3】図1中の液晶パネル部分の電圧印加時の模式拡
大説明図である。
【図4】1/4波長板として作用していない時の透過光
のベクトル軌跡図である。
【図5】N型の液晶パネルを用いた場合の電圧無印加時
の模式拡大説明図である。
【図6】図5の液晶パネルにおけるDVD再生時の電圧
印加の説明図である。
【図7】図5の液晶パネルにおけるCD再生時の電圧印
加の説明図である。
【図8】先願に係る光ピックアップの全体構成を示す図
である。
【図9】図8中の液晶パネルの構造を示す図である。
【図10】図9の液晶パネルの電圧印加時の動作説明図
である。
【図11】液晶分子の複屈折の説明図である。
【図12】液晶分子のプレチルトの説明図である。
【図13】液晶パネルが完全な1/4波長板として作用
した時の透過光のベクトル軌跡図である。
【図14】液晶分子にプレチルトが与えられている時の
透過光のベクトル軌跡図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 偏光ビームスプリッタ 3 コリメータレンズ 4 液晶パネル 5 対物レンズ 6 光ディスク 7 集光レンズ 8 受光器 9 液晶パネル制御回路 401a ガラス基板 402a 透明電極 402b 透明電極 403a 配向膜 404 液晶 405 円形の開口パターン M 液晶分子 θ 液晶分子のプレチルト角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−120720(JP,A) 特開 昭62−223823(JP,A) 特開 平9−297932(JP,A) 特開 平9−259461(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/135 G02F 1/13 505

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともレーザ光源と対物レンズと、
    前記対物レンズとレーザ光源の間に、透過光の偏光状態
    を変化させる液晶分子を有する液晶パネルとを備え、前記液晶分子に与えたプレチルト角をθとするとき、前
    記液晶分子がP型液晶の場合は前記液晶パネルを光軸に
    対して角度θ傾けて前記液晶分子が前記光軸に対して垂
    直になるよう配置し、また前記液晶分子がN型液晶の場
    合は前記液晶パネルを光軸に対して角度(90°−θ)
    傾けて前記液晶分子が前記光軸に対して平行になるよう
    配置したことを特徴とする光ピックアップ。
  2. 【請求項2】 前記液晶パネルは、所定形状の開口パタ
    ーンを有する透明電極を有し、 前記透明電極のうち、前記開口パターン領域と前記開口
    パターン以外の領域とで、異なる液晶分子の配向状態と
    なるように制御する制御手段を有することを特徴とする
    請求項1記載の光ピックアップ。
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