JP3639379B2 - 光学ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザからの光を光記録媒体に照射して、情報の再生や記録を行うための光学ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学ピックアップ装置として、例えば、特開平６−１２４４７７号公報には、レーザ光源と対物レンズとの間の平行光路中に、リング状電極を有する液晶フィルタおよび偏光ビームスプリッタを配置し、液晶フィルタによりそのリング状電極部分を透過するレーザ光の偏光状態を選択的に変化させて、その部分の透過光を偏光ビームスプリッタで反射させることにより、偏光ビームスプリッタを経て対物レンズに入射する光束径、すなわち開口数を制御して、対物レンズによる集光スポット径を、高密度記録されたディスクに対しては小さく、低密度記録されたディスクに対しては大きくするようにしたものが提案されている。
【０００３】
また、特開平６−２９５４６７号公報には、レーザ光源と対物レンズとの間の平行光路中に、屈折率可変材を透明な基板電極で挟持した環状基板を配置し、この環状基板の内半径ｒ１および外半径ｒ２を通る光線が、それぞれ対物レンズを通る開口数ＮＡ１およびＮＡ２の光線となるように設定して、その屈折率あるいは厚さを変化させることにより、レーザ光の一部に位相差を生じさせて、光ディスク基板の厚さ誤差による対物レンズ収差を抑えるようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の光学ピックアップ装置においては、装置の小型・軽量化を図ることから、半導体レーザおよび光検出器をチップ状態でステム上に実装して、キャップで気密封止するようにしている（例えば、特開平４−７４３３３号公報参照）。このようにすれば、装置の小型・軽量化が図れると同時に、半導体レーザおよび光検出器の環境温度変化に対する安定性を向上できると共に、埃等の付着も有効に防止でき、また、ステムに配線用のリード端子を設けることにより、配線処理も容易にできる利点がある。
【０００５】
しかしながら、このように半導体レーザおよび光検出器を、気密封止したキャップ内に実装したものと、上記の特開平６−１２４４７７号公報や、特開平６−２９５４６７号公報に開示されている液晶フィルタや環状基板とを単に組み合わせて、対物レンズの開口数や収差等の光学特性を制御しようとすると、液晶フィルタや環状基板を、半導体レーザおよび光検出器を内蔵するキャップの外に配置することになる。
【０００６】
このため、液晶フィルタや環状基板に埃等が付着して、所望の光学特性が得られなくなるという問題があると共に、液晶フィルタや環状基板に対するリード線の配線処理を含めて、組み立てが面倒となってコストアップになるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、集光光学系を所望の光学特性に安定して制御し得ると共に、リード線等の電気的配線処理を含めて容易に組み立てでき、したがって安価にできるよう適切に構成した光学ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、半導体レーザと、この半導体レーザから出射した光ビームを光記録媒体上にスポットとして集光する集光光学系と、該集光光学系と前記半導体レーザとの間に配置され、前記光記録媒体で反射されて前記集光光学系を経て入射する光ビームを前記半導体レーザから出射した光ビームと分離して光検出器上に入射させる分離光学素子と、該分離光学素子と前記集光光学系との間に配置された１／４波長板とを有し、前記半導体レーザおよび光検出器を光ビーム入出射用のガラス基板を有するキャップ内に気密封止して実装した光学ピックアップ装置において、
前記ガラス基板を平行平板ガラスとして、
該平行平板ガラスの前記半導体レーザ側の表面で、前記半導体レーザからの光ビームが入射する位置に、該光ビームの周辺部の光の偏光状態を選択的に変更する液晶セルを設け、
前記平行平板ガラスの前記液晶セルを設けた表面とは反対側の表面に、前記分離光学素子を構成する回折効率が偏光依存性を有する透過型の偏光性ホログラム素子を設け、
前記半導体レーザから出射された光ビームを、前記液晶セル、前記平行平板ガラスおよび前記偏光性ホログラム素子を経て有効径を選択的に制御して前記１／４波長板を経て前記集光光学系に導き、前記光記録媒体で反射された光ビームを、前記集光光学系および前記１／４波長板を経て前記偏光性ホログラム素子で前記半導体レーザから出射された光ビームと分離して、前記液晶セルを透過させることなく前記光検出器上に入射させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施形態を示すものである。この実施形態では、半導体レーザ１の前面から出射した直線偏光の光ビームを、液晶セル２およびガラス基板３を経て、分離光学素子である偏光性ホログラム素子４に入射させ、半導体レーザ１の後面から出射した光ビームを、モニタ用光検出器５で受光して、その出力に基づいて半導体レーザ１の出力を制御するようにする。
【００１０】
半導体レーザ１は、電気的接続部を有するステム６ａ上に固定したステム６ｂの垂直面にチップ状態で取り付けて、そのリード線（図示せず）をステム６ａ上の対応するランド部に接続し、モニタ用光検出器５は、半導体レーザ１の後面から出射される光ビームを受光し得るように、ステム６ａ上にチップ状態で取り付けて、そのリード線（図示せず）を同様にステム６ａ上の対応するランド部に接続する。また、ガラス基板３は、平行平板ガラスをもって構成し、その半導体レーザ１と対向する面に液晶セル２を設け、反対側の面に偏光性ホログラム素子４を設ける。
【００１１】
図２に詳細に示すように、液晶セル２は、ガラス基板３上に環座７を介して設けたガラス基板８と、ガラス基板３、環座７およびガラス基板８で囲まれる部分に収容したネマティック液晶９と、環座７の内側で、ガラス基板３上設けた円状の透明電極１０およびガラス基板８上設けた中心部に開口を有する透明なリング状電極１１とを有する。なお、環座７の内径は、ガラス基板３に入射する半導体レーザ１からの光ビームの有効径よりも大きくし、リング状電極１１の内径は前記光ビームの有効径よりも小さくする。
【００１２】
透明電極１０のリード線１０ａおよびリング状電極１１のリード線１１ａは、それぞれステム６ａ上の対応するランド部に接続し、これらリード線１０ａ，１１ａを介して透明電極１０およびリング状電極１１間のネマティック液晶９に選択的に電圧を印加して、印加電圧がオンの状態で半導体レーザ１からの光ビームの偏光方向（例えば、紙面内方向）を中央部では９０°回転させ（例えば、紙面に垂直方向）、周辺部では変えずにそのまま透過させ、印加電圧がオフの状態では、中央部および周辺部ともに偏光方向を９０°変えて透過させる。
【００１３】
また、偏光性ホログラム素子４は、１次回折効率が入射光の直線偏光の方向に依存するように、平行平板状のニオブ酸リチウム基板１５の一方の面上に、プロトン交換領域１６および誘電体膜１７からなる二層の回折格子１８を形成し、このニオブ酸リチウム基板１５の他方の面をガラス基板３上に接合して設ける。回折格子１８は、図３に詳細に示すように、光ビームをその中心光線を通る分割線１９で瞳分割するように、分割線１９に対する格子線の角度が互いに等しく、向きが反対方向の二つのホログラム領域１８ａ，１８ｂをもって構成する。
【００１４】
図１において、偏光性ホログラム素子４を０次光で透過した半導体レーザ１からの光ビームは、コリメータレンズ２１で平行光束とした後、１／４波長板２２で円偏光に変換して、集光光学系を構成する対物レンズ２３を経て光記録媒体２４の記録面にスポット状に照射させる。なお、液晶セル２がオン状態にあるときは、前述したように、半導体レーザ１からの光ビームは、中央部では偏光方向が９０°回転され、周辺部では偏光方向が回転されることなく液晶セル２を透過して偏光性ホログラム素子４に入射する。この周辺部の光束は、偏光性ホログラム素子４で回折され、その回折された光ビームはコリメータレンズ２１に入射されず、液晶セル２によって偏光方向が変えられた中央部の光束のみがコリメータレンズ２１に入射されることになる。これに対し、液晶セル２がオフ状態にあるときは、入射する光ビームは、その中央部および周辺部ともに偏光方向が９０°回転されて出射するので、全ての光束が偏光性ホログラム素子４を経てコリメータレンズ２１に入射する。したがって、液晶セル２および偏光性ホログラム素子４により、半導体レーザ１からの光ビームの有効径を制御すれば、対物レンズ２３の開口数が変わることになる。
【００１５】
光記録媒体２４で反射される戻り光は、対物レンズ２３、１／４波長板２２およびコリメータレンズ２１を経て偏光性ホログラム素子４に入射させる。ここで、偏光性ホログラム素子４に入射する戻り光は、往路と復路とで１／４波長板２２を二回透過するので、往路において偏光性ホログラム素子４に入射する光ビームの直線偏光と直交する方向の直線偏光となる。この偏光性ホログラム素子４のホログラム領域１８ａ，１８ｂ（図３参照）で回折される１次回折光は、ガラス基板３を経てそれぞれ光検出器２５，２６で受光する。
【００１６】
光検出器２５，２６は、図３に示すように、それぞれ２分割した受光領域２５ａ，２５ｂ、２６ａ，２６ｂをもって構成する。これら光検出器２５，２６は、図１に示すように、ステム６ａ上に固定したステム６ｃの表面にそれぞれチップ状態で取り付けて、それらのリード線（図示せず）をステム６ａ上の対応するランド部に接続する。
【００１７】
このようにして、光記録媒体２４からの戻り光を、偏光性ホログラム素子４で往路から分離して光検出器２５，２６で受光し、これら光検出器２５，２６の出力に基づいて、例えば特開平６−１９５７２７号公報に開示されているように、光記録媒体２４に記録されている情報信号、および光記録媒体２４と対物レンズ２３との相対的位置ずれを表すサーボ信号、例えば、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を検出するようにする。
【００１８】
すなわち、光検出器２５の受光領域２５ａ，２５ｂの出力をＳ25a ，Ｓ25b 、光検出器２６の受光領域２６ａ，２６ｂの出力をＳ26a ，Ｓ26b とするとき、情報信号ＳRF、フォーカスエラー信号Ｓf およびトラッキングエラー信号Ｓt を、それぞれ下記の演算に基づいて検出する。
[数１]
ＳRF＝Ｓ25a ＋Ｓ25b ＋Ｓ26a ＋Ｓ26b
Ｓf ＝（Ｓ25a −Ｓ25b ）＋（Ｓ26b −Ｓ26a ）
Ｓt ＝（Ｓ25a ＋Ｓ25b ）−（Ｓ26a ＋Ｓ26b ）
【００１９】
図１において、ステム６ａには、ステム６ｂ，６ｃを囲むようにキャップ２７を取り付け、このキャップ２７にガラス基板３を取り付けて、ガラス基板３、ステム６ａおよびキャップ２７によって、半導体レーザ１、液晶セル２、モニタ用光検出器５および光検出器２５，２６を気密封止する。
【００２０】
この実施形態の光学ピックアップ装置は、例えば、光記録媒体２４として、カバーガラス厚さが０．６ｍｍのＤＶＤおよびカバーガラス厚さが１．２ｍｍのＣＤを選択的に再生するディスク装置に適用し、このディスク装置に設けられた図示しないディスク識別手段からの装填されたディスクの種類を表す識別信号に基づいて、液晶セル２への電圧の印加を制御すると共に、対物レンズ２３のフォーカス方向の位置を制御する。
【００２１】
例えば、装填されたディスクが厚さの薄いＤＶＤの場合には、液晶セル２への電圧の印加をオフとして、対物レンズ２３の開口数を大きくすると共に、フォーカスエラー信号に、対物レンズ２３がディスク面から離れる方向の所定のオフセット信号を与える。これに対して、装填されたディスクが厚さの厚いＣＤの場合には、液晶セル２への電圧の印加をオンとして、対物レンズ２３の開口数を小さく、すなわち焦点深度を深くすると共に、フォーカスエラー信号に、対物レンズ２３がディスク面に近づく方向の所定のオフセット信号を与える。なお、対物レンズ２３のオフセット量は相対的なもので、例えば、厚さの薄いＤＶＤに対する対物レンズ２３の位置を基準位置とする場合には、ＣＤが装填された場合に、対物レンズ２３が基準位置から所定量ディスク面に近づくようにオフセット信号を与えればよい。
【００２２】
このようにすれば、１つのディスク装置で、厚さの異なる光記録媒体を、それぞれ収差が最も小さくなる状態で、選択的に読み取ることができる。なお、以上は光記録媒体の再生動作について説明したが、半導体レーザのパワーを記録パワーとして、その光ビームを記録すべき情報に応じて変調して光記録媒体に照射すれば、記録動作を行うことができるので、厚さの異なる光記録媒体に対して選択的に情報を記録することもできる。
【００２３】
以上のように、この実施形態によれば、半導体レーザ１、モニタ用の光検出器５、情報信号およびサーボ信号用の光検出器２５，２６を気密封止したキャップ２７内に、半導体レーザ１からの光ビームの偏光状態を制御する液晶セル２を配置したので、液晶セル２に埃等が付着することがなく、したがって対物レンズ２３の開口数を安定して制御することができる。また、液晶セル２をキャップ２７内に配置することから、そのリード線を接続する電気的接続部を有するステム６ａとの距離が短くなり、したがってリード線の電気的配線処理を含めて、組み立てが容易となり、安価にできる。
【００２４】
また、液晶セル２をガラス基板３上に設けるようにしたので、液晶セル２の歪み等を有効に防止でき、その光学的特性を安定して維持できると共に、ガラス基板３を平行平板ガラスとして、液晶セル２を設けた面とは反対側の面に分離光学素子である偏光性ホログラム素子４を設けたので、小型・軽量化を容易に達成することができる。
【００２５】
図４は、この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第１参考例を示すものである。この参考例は、光磁気記録媒体に対して情報の記録・再生を行うもので、半導体レーザ３１から出射される光ビームを、液晶セル３６を経て分離光学素子である複合プリズム３２に入射させる。複合プリズム３２は、ガラスプリズム３３とよび複屈折性プリズム３４を誘電体膜３５を介して貼り合わせて構成する。液晶セル３６は、図２と同様に構成して、複合プリズム３２を構成するガラスプリズム３３の半導体レーザ３１と対向する面に設ける。
【００２６】
ここで、複屈折性プリズム３４は、その常光および異常光の屈折率差が、例えば、０．０３以上で、かつ、ガラスプリズム３３の屈折率と、複屈折性プリズム３４の常光および異常光の少なくとも一方の屈折率との差が０．１５以上となるようにする。また、誘電体膜３５は、例えば、Ｐ偏光成分をほぼ１００％透過し、Ｓ偏光成分は７０％以上反射、３０％未満を透過するようにする。なお、図４では、複屈折性プリズム３４の常光の屈折率を１．５４、異常光の屈折率を常光の屈折率よりも０．０３大きい１．５７とし、ガラスプリズム３３の屈折率を複屈折性プリズム４０の異常光の屈折率よりも０．１５小さい１．４２とする。
【００２７】
半導体レーザ３１から出射される光ビームは、発散光束として液晶セル３６に入射する。この液晶セル３６を透過した光ビームは、複合プリズム３２のガラスプリズム３３側から入射して、誘電体膜３５に入射する。例えば、半導体レーザ３１から出射された光ビームの偏光方向が誘電体膜３５に対してＰ偏光である場合には、液晶セル３６でＳ偏光に変換された光束の７０％が誘電体膜３５で反射されることになる。
【００２８】
ここで、液晶セル３６がオフ状態の場合には、液晶セル３６に入射された光ビームは、その偏光方向が９０°変えら、複合プリズム３２のガラスプリズム３３側から誘電体膜３５にＳ偏光で入射する。そして、その７０％の光ビームが反射されてガラスプリズム３３から出射される。
【００２９】
これに対し、液晶セル３６がオン状態の場合には、半導体レーザ３１から出射された光ビームは、その周辺部の偏光方向がＰ偏光のまま誘電体膜３５に入射する。誘電体膜３５は、Ｐ偏光を１００％透過するから、光ビームの周辺部は誘電体膜３５を透過し、中央部のＳ偏光に変換された光束の７０％が誘電体膜３５で反射されてガラスプリズム３３から出射されることになる。
【００３０】
このように、液晶セル３６の印加電圧制御および誘電体膜３５の膜特性によって、ガラスプリズム３３から出射する半導体レーザ３１からの発散光束の有効径を制御するようにする。ガラスプリズム３３から出射された光ビームは、カバーガラス３７および集光光学系としての対物レンズ３８を経て光磁気記録媒体３９の記録面にスポット状に照射させる。
【００３１】
また、光磁気記録媒体３９で反射される戻り光は、対物レンズ３８およびカバーガラス３７を経て複合プリズム３２に収束光として、そのガラスプリズム３３側から入射させる。ここで、複合プリズム３２に入射する戻り光は、光磁気記録媒体３９で反射される際に、磁気カー効果により偏光方向が±θｋ度回転しているので、Ｐ偏光成分を含んでいる。したがって、戻り光のＰ偏光成分は、そのほぼ１００％が誘電体膜３５を透過し、Ｓ偏光成分は、３０％未満が誘電体膜３５を透過することになる。この誘電体膜３５を透過した戻り光を、複屈折性プリズム３４により偏光面が直交する常光および異常光に分離して、それぞれ光検出器４０および４１で受光する。
【００３２】
図４において、半導体レーザ３１、液晶セル３６を設けた複合プリズム３２、光検出器４０，４１は、同一の基板４２に実装し、これらをカバーガラス３７およびキャップ４３により気密封止する。
【００３３】
このようにして、光検出器４０，４１の出力に基づいて、光磁気記録媒体３９に記録されている情報信号を得る。また、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号は、常光および異常光のいずれか一方または双方のスポットの光量分布に基づいて検出することができるが、異常光は複屈折性プリズム３２を透過する際、光線毎に屈折率が異なり、その収差量が常光のそれよりも大きくなって、光検出器４０上に形成される常光のスポットに対して、光検出器４１上に形成される異常光のスポットが回転したりするため、好ましくは、常光のスポットを用いて検出する。
【００３４】
このため、常光を受光する光検出器４０を、４つの受光領域に分割し、それぞれの領域の出力をＳ40a 〜Ｓ40d 、光検出器４１の出力をＳ41とするとき、情報信号ＳRFは、光検出器４０，４１の出力差により、フォーカスエラー信号Ｓf は、非点収差およびコマ収差の変化を検出する方法により、また、トラッキングエラー信号Ｓt は、プッシュプル法により、それぞれ下記の信号処理を行って検出する。
[数２]
ＳRF＝Ｓ40a ＋Ｓ40b ＋Ｓ40c ＋Ｓ40d −Ｓ41
Ｓf ＝Ｓ40a −Ｓ40b ＋Ｓ40c −Ｓ40d
Ｓt ＝Ｓ40a ＋Ｓ40b −Ｓ40c −Ｓ40d
【００３５】
この参考例の光学ピックアップ装置は、例えば、光磁気記録媒体３９として、カバーガラス厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ用ＲＡＭディスクおよびカバーガラス厚さが１．２ｍｍの通常のＲＡＭディスクを選択的に再生する光磁気ディスク装置に適用し、光磁気ディスク装置に設けられた図示しないディスク識別手段からの装填されたディスクの種類を表す識別信号に基づいて、第１実施形態の場合と同様にして、液晶セル３６への電圧の印加を制御すると共に、対物レンズ３８のフォーカス方向の位置を制御する。したがって、第１実施形態と同様に、１つの光磁気ディスク装置で、厚さの異なる光磁気記録媒体を、それぞれ収差が最も小さくなる状態で、選択的に読み取ることができる。
【００３６】
以上のように、この参考例によれば、半導体レーザ３１、複合プリズム３２および光検出器４０，４１を同一基板４２に実装して気密封止したキャップ４３内で、複合プリズム３２を構成するガラスプリズム３３上に、半導体レーザ３１からの光ビームの偏光状態を制御する液晶セル３６を設けたので、液晶セル３６への埃等の付着や、歪み等を有効に防止でき、したがって、第１実施形態と同様に、対物レンズ３８の開口数を安定して制御することができる。また、基板４２に各リード線の接続部を設けることにより、電気的配線処理を含めて、組み立てが容易となり、安価にできる。
【００３７】
図５は、この発明の第２実施形態を示すものである。図５において、第１実施形態で説明したものと同一作用をなすものには同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。この実施形態では、第１実施形態において、半導体レーザ１、モニタ用光検出器５および光検出器２５，２６を同一の基板５１に実装して、これらを液晶セル２とともに、ガラス基板３およびキャップ２７により気密封止する。また、対物レンズ２３を保持するレンズ枠５２には、その光記録媒体２４側の端部と反対側の端部に反射面５２ａを形成し、該反射面５２ａにおいて、液晶セル２への電圧印加がオフの状態で、半導体レーザ１から、液晶セル２、ガラス基板３、偏光性ホログラム素子４、コリメータレンズ２１および１／４波長板２２を経て入射する光束の一部を反射させ、その反射光を１／４波長板２２、コリメータレンズ２１および偏光性ホログラム素子４に入射させて、その回折光をガラス基板３を経てモニタ用光検出器５で受光するようにする。
【００３８】
モニタ用光検出器５の出力は、スイッチ回路５５を経て、半導体レーザ１を駆動制御するレーザドライブ回路５６に供給する。スイッチ回路５５は、ディスクの識別信号に基づいて、コントロール回路５７により制御する。また、光検出器２５，２６の各受光領域２５ａ；２５ｂ，２６ａ；２６ｂ（図３参照）の出力は、演算回路５８に供給し、ここで上述した演算により情報信号ＳRF、フォーカスエラー信号Ｓf およびトラッキングエラー信号Ｓt を検出する。
【００３９】
演算回路５８から得られるフォーカスエラー信号Ｓf は、差動増幅器５９の非反転入力端子に供給する。この差動増幅器５９の反転入力端子には、ディスクの識別信号に基づいて、コントロール回路５７から所定のオフセット信号を供給し、この差動増幅器５９の出力をフォーカスドライブ回路６０を経てフォーカスコイル６１に供給することにより、対物レンズ２３をフォーカス制御するようにする。なお、この実施形態では、対物レンズ２３のフォーカス方向の基準位置を、厚さの厚いＣＤに対して設定する。演算回路５８から得られる情報信号ＳRFおよびトラッキングエラー信号Ｓt については、公知のように処理する。
【００４０】
この実施形態では、識別信号により、光記録媒体２４として、厚さｔ１の薄いＤＶＤが装填されたことが識別された場合には、液晶セル２への電圧の印加をオフ、スイッチ回路５５をオンとすると共に、差動増幅器５９の反転入力端子に所定のオフセット信号を供給する。このようにして、コリメータレンズ２１に入射する半導体レーザ１からの光ビームの有効径を大きくして、対物レンズ２３の開口数を大きくすると共に、対物レンズ２３側に導かれた光束の一部をレンズ枠５２の反射面５２ａで反射させ、この反射面５２ａでの反射光を受光するモニタ用光検出器５の出力を、スイッチ回路５５を経てレーザドライブ回路５６に供給して、半導体レーザ１の出力を制御する。また、コントロール回路５７からは、差動増幅器５９の反転入力端子に所定のオフセット信号を供給し、これにより対物レンズ２３をディスク面から離れる方向に所定量オフセットして、フォーカス制御を行わせる。
【００４１】
これに対し、識別信号によって、厚さｔ２の厚いＣＤが装填されたことが識別された場合には、液晶セル２への電圧の印加をオン、スイッチ回路５５をオフとすると共に、差動増幅器５９の反転入力端子へのオフセット信号の供給を停止する。このようにして、コリメータレンズ２１に入射する半導体レーザ１からの光ビームの有効径を小さくして、対物レンズ２３の開口数を小さくすると共に、対物レンズ２３をフォーカスオフセットすることなく、基準位置でフォーカス制御を行わせる。なお、この場合、対物レンズ２３に入射する光ビームの有効径が小さいので、レンズ枠５２の反射面５２ａで光束の一部が反射されることはないが、モニタ用光検出器５には、キャップ２７内での迷光が入射することもある。しかし、スイッチ回路５５をオフとしているので、迷光によって半導体レーザ１の出力が制御されることはない。
【００４２】
この実施形態においても、半導体レーザ１、モニタ用光検出器５および光検出器２５，２６を同一の基板５１に実装して、これらを液晶セル２とともに、ガラス基板３およびキャップ２７により気密封止するようにしたので、第１実施形態で説明したと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
図６は、この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第２参考例を示すものである。この参考例では、樹脂または金属からなる下板部材６４に埋め込まれた半導体よりなる基板６５に光検出器６６を形成すると共に、該基板６５上にチップ状の半導体レーザ６７および立ち上げミラー６８を実装して、半導体レーザ６７から下板部材６４および基板６５と平行な方向に光ビームを放射させ、その光ビームを立ち上げミラー６８により基板６５の法線方向に反射させるようにする。また、下板部材６４には、その周辺部に、該部材面と平行な方向に延在して複数本のリード端子６９を設け、半導体レーザ６７のリード線６７ａおよび光検出器６６のリード線（図示せず）をそれぞれ所定のリード端子６９に接続する。
【００４４】
さらに、下板部材６４には、基板６５に実装された半導体レーザ６７、立ち上げミラー６８および光検出器６６を、気密に封止するように光学部材７０を設ける。この光学部材７０には、基板６５と対向する側に球面凹レンズ７１を形成する。球面凹レンズ７１には、その表面の中央部、すなわち立ち上げミラー６８で反射された光ビームが入射する部分に液晶セル７２を設け、周辺部には光検出器６６と対応する部分（開口部分）７３を除いて反射膜７４を設ける。液晶セル７２は、第１実施形態と同様に、光記録媒体２４の識別信号に基づいて選択的に電圧を印加することにより、該液晶セル７２を透過する光ビームの周辺部の偏光方向を中央部の偏光方向と直交させるよう構成し、そのリード線７２ａは所定のリード端子６９の気密封止される部分に接続する。
【００４５】
また、光学部材７０の球面凹レンズ７１を形成した面とは反対側の面には、球面凹レンズ７１の光軸を含む中央部分７５を除いて分離光学素子である反射型ホログラムパターン７６を形成する。この反射型ホログラムパターン７６は、図２に示したような偏光性ホログラム素子に、さらに、球面凹レンズ７１の球面収差を補正すると共に、光記録媒体２４からの戻り光を開口部分７３を経て光検出器６６に導く機能を有するようにする。
【００４６】
このようにして、半導体レーザ６７から出射される発散光束の光ビームを、立ち上げミラー６８で反射させて、液晶セル７２を経て光学部材７０に入射させ、該光学部材７０において反射型ホログラムパターン７６および反射膜７４で順次反射させた後、中央部分７５を経て光記録媒体２４の記録面にスポット状に照射させる。また、光記録媒体２４で反射される戻り光は、光学部材７０に、その中央部分７５から入射させ、該光学部材７０において、反射膜７４および反射型ホログラムパターン７６で順次反射させた後、開口部分７３を経て光検出器６６で受光するようにする。
【００４７】
なお、光検出器６６は、例えば、特開平７−１７６０７０号公報に開示されているように、光記録媒体２４のトラック方向と直交する方向に４分割した受光領域をもって構成し、それらの出力に基づいて、情報信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出するようにする。
【００４８】
したがって、この参考例においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この参考例では、半導体レーザ６７を、下板部材６４および基板６５と平行な方向に光ビームを放射するように実装すると共に、下板部材６４の周辺部に、該部材面と平行な方向に延在して複数本のリード端子６９を設けて、半導体レーザ６７、光検出器６６および液晶セル７２のリード線を接続するようにしたので、光学ピックアップ装置の薄型化を図ることができる。
【００４９】
なお、第１、第２実施形態および第２参考例では、液晶セルと偏光性ホログラム素子との作用により、対物レンズの開口数を制御するようにしたが、液晶セルと、これを取り付ける基板（第１および２実施形態ではガラス基板３、第２参考例では光学部材７０）との間に偏光膜を設けて、液晶セルの中央部を透過した偏光はそのまま透過させ、液晶セルの周辺部（リング状電極を有する部分）を透過した偏光は、液晶セルがオフ状態では透過、オン状態では遮光させるようにすることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体レーザと、この半導体レーザから出射した光ビームを光記録媒体上にスポットとして集光する集光光学系と、該集光光学系と前記半導体レーザとの間に配置され、前記光記録媒体で反射されて前記集光光学系を経て入射する光ビームを前記半導体レーザから出射した光ビームと分離して光検出器上に入射させる分離光学素子と、該分離光学素子と前記集光光学系との間に配置された１／４波長板とを有し、前記半導体レーザおよび光検出器を光ビーム入出射用のガラス基板を有するキャップ内に気密封止して実装した光学ピックアップ装置において、前記ガラス基板を平行平板ガラスとして、該平行平板ガラスの前記半導体レーザ側の表面で、前記半導体レーザからの光ビームが入射する位置に、該光ビームの周辺部の光の偏光状態を選択的に変更する液晶セルを設け、前記平行平板ガラスの前記液晶セルを設けた表面とは反対側の表面に、前記分離光学素子を構成する回折効率が偏光依存性を有する透過型の偏光性ホログラム素子を設け、前記半導体レーザから出射された光ビームを、前記液晶セル、前記平行平板ガラスおよび前記偏光性ホログラム素子を経て有効径を選択的に制御して前記１／４波長板を経て前記集光光学系に導き、前記光記録媒体で反射された光ビームを、前記集光光学系および前記１／４波長板を経て前記偏光性ホログラム素子で前記半導体レーザから出射された光ビームと分離して、前記液晶セルを透過させることなく前記光検出器上に入射させるように構成したので、液晶セルへの埃等の付着を有効に防止でき、集光光学系を所望の光学特性に安定して制御できると共に、リード線等の電気的配線処理を含めて容易に組み立てでき、安価に、しかも小型・軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】 図１の部分詳細図である。
【図３】 同じく、図１の部分詳細図である。
【図４】 この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第１参考例を示す図である。
【図５】 この発明の第２実施形態を示す図である。
【図６】 この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第２参考例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ 液晶セル
３ ガラス基板
４ 偏光性ホログラム素子
５ モニタ用光検出器
６ａ，６ｂ，６ｃ ステム
７ 環座
８ ガラス基板
９ ネマティック液晶
１０ 透明電極
１１ リング状電極
１５ ニオブ酸リチウム基板
１６ プロトン交換領域
１７ 誘電体膜
１８ 回折格子
１８ａ，１８ｂ ホログラム領域
１９ 分割線
２１ コリメータレンズ
２２ １／４波長板
２３ 対物レンズ
２４ 光記録媒体
２５，２６ 光検出器
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザからの光を光記録媒体に照射して、情報の再生や記録を行うための光学ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学ピックアップ装置として、例えば、特開平６−１２４４７７号公報には、レーザ光源と対物レンズとの間の平行光路中に、リング状電極を有する液晶フィルタおよび偏光ビームスプリッタを配置し、液晶フィルタによりそのリング状電極部分を透過するレーザ光の偏光状態を選択的に変化させて、その部分の透過光を偏光ビームスプリッタで反射させることにより、偏光ビームスプリッタを経て対物レンズに入射する光束径、すなわち開口数を制御して、対物レンズによる集光スポット径を、高密度記録されたディスクに対しては小さく、低密度記録されたディスクに対しては大きくするようにしたものが提案されている。
【０００３】
また、特開平６−２９５４６７号公報には、レーザ光源と対物レンズとの間の平行光路中に、屈折率可変材を透明な基板電極で挟持した環状基板を配置し、この環状基板の内半径ｒ１および外半径ｒ２を通る光線が、それぞれ対物レンズを通る開口数ＮＡ１およびＮＡ２の光線となるように設定して、その屈折率あるいは厚さを変化させることにより、レーザ光の一部に位相差を生じさせて、光ディスク基板の厚さ誤差による対物レンズ収差を抑えるようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の光学ピックアップ装置においては、装置の小型・軽量化を図ることから、半導体レーザおよび光検出器をチップ状態でステム上に実装して、キャップで気密封止するようにしている（例えば、特開平４−７４３３３号公報参照）。このようにすれば、装置の小型・軽量化が図れると同時に、半導体レーザおよび光検出器の環境温度変化に対する安定性を向上できると共に、埃等の付着も有効に防止でき、また、ステムに配線用のリード端子を設けることにより、配線処理も容易にできる利点がある。
【０００５】
しかしながら、このように半導体レーザおよび光検出器を、気密封止したキャップ内に実装したものと、上記の特開平６−１２４４７７号公報や、特開平６−２９５４６７号公報に開示されている液晶フィルタや環状基板とを単に組み合わせて、対物レンズの開口数や収差等の光学特性を制御しようとすると、液晶フィルタや環状基板を、半導体レーザおよび光検出器を内蔵するキャップの外に配置することになる。
【０００６】
このため、液晶フィルタや環状基板に埃等が付着して、所望の光学特性が得られなくなるという問題があると共に、液晶フィルタや環状基板に対するリード線の配線処理を含めて、組み立てが面倒となってコストアップになるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、集光光学系を所望の光学特性に安定して制御し得ると共に、リード線等の電気的配線処理を含めて容易に組み立てでき、したがって安価にできるよう適切に構成した光学ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、半導体レーザと、この半導体レーザから出射した光ビームを光記録媒体上にスポットとして集光する集光光学系と、該集光光学系と前記半導体レーザとの間に配置され、前記光記録媒体で反射されて前記集光光学系を経て入射する光ビームを前記半導体レーザから出射した光ビームと分離して光検出器上に入射させる分離光学素子と、該分離光学素子と前記集光光学系との間に配置された１／４波長板とを有し、前記半導体レーザおよび光検出器を光ビーム入出射用のガラス基板を有するキャップ内に気密封止して実装した光学ピックアップ装置において、
前記ガラス基板を平行平板ガラスとして、
該平行平板ガラスの前記半導体レーザ側の表面で、前記半導体レーザからの光ビームが入射する位置に、該光ビームの周辺部の光の偏光状態を選択的に変更する液晶セルを設け、
前記平行平板ガラスの前記液晶セルを設けた表面とは反対側の表面に、前記分離光学素子を構成する回折効率が偏光依存性を有する透過型の偏光性ホログラム素子を設け、
前記半導体レーザから出射された光ビームを、前記液晶セル、前記平行平板ガラスおよび前記偏光性ホログラム素子を経て有効径を選択的に制御して前記１／４波長板を経て前記集光光学系に導き、前記光記録媒体で反射された光ビームを、前記集光光学系および前記１／４波長板を経て前記偏光性ホログラム素子で前記半導体レーザから出射された光ビームと分離して、前記液晶セルを透過させることなく前記光検出器上に入射させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施形態を示すものである。この実施形態では、半導体レーザ１の前面から出射した直線偏光の光ビームを、液晶セル２およびガラス基板３を経て、分離光学素子である偏光性ホログラム素子４に入射させ、半導体レーザ１の後面から出射した光ビームを、モニタ用光検出器５で受光して、その出力に基づいて半導体レーザ１の出力を制御するようにする。
【００１０】
半導体レーザ１は、電気的接続部を有するステム６ａ上に固定したステム６ｂの垂直面にチップ状態で取り付けて、そのリード線（図示せず）をステム６ａ上の対応するランド部に接続し、モニタ用光検出器５は、半導体レーザ１の後面から出射される光ビームを受光し得るように、ステム６ａ上にチップ状態で取り付けて、そのリード線（図示せず）を同様にステム６ａ上の対応するランド部に接続する。また、ガラス基板３は、平行平板ガラスをもって構成し、その半導体レーザ１と対向する面に液晶セル２を設け、反対側の面に偏光性ホログラム素子４を設ける。
【００１１】
図２に詳細に示すように、液晶セル２は、ガラス基板３上に環座７を介して設けたガラス基板８と、ガラス基板３、環座７およびガラス基板８で囲まれる部分に収容したネマティック液晶９と、環座７の内側で、ガラス基板３上設けた円状の透明電極１０およびガラス基板８上設けた中心部に開口を有する透明なリング状電極１１とを有する。なお、環座７の内径は、ガラス基板３に入射する半導体レーザ１からの光ビームの有効径よりも大きくし、リング状電極１１の内径は前記光ビームの有効径よりも小さくする。
【００１２】
透明電極１０のリード線１０ａおよびリング状電極１１のリード線１１ａは、それぞれステム６ａ上の対応するランド部に接続し、これらリード線１０ａ，１１ａを介して透明電極１０およびリング状電極１１間のネマティック液晶９に選択的に電圧を印加して、印加電圧がオンの状態で半導体レーザ１からの光ビームの偏光方向（例えば、紙面内方向）を中央部では９０°回転させ（例えば、紙面に垂直方向）、周辺部では変えずにそのまま透過させ、印加電圧がオフの状態では、中央部および周辺部ともに偏光方向を９０°変えて透過させる。
【００１３】
また、偏光性ホログラム素子４は、１次回折効率が入射光の直線偏光の方向に依存するように、平行平板状のニオブ酸リチウム基板１５の一方の面上に、プロトン交換領域１６および誘電体膜１７からなる二層の回折格子１８を形成し、このニオブ酸リチウム基板１５の他方の面をガラス基板３上に接合して設ける。回折格子１８は、図３に詳細に示すように、光ビームをその中心光線を通る分割線１９で瞳分割するように、分割線１９に対する格子線の角度が互いに等しく、向きが反対方向の二つのホログラム領域１８ａ，１８ｂをもって構成する。
【００１４】
図１において、偏光性ホログラム素子４を０次光で透過した半導体レーザ１からの光ビームは、コリメータレンズ２１で平行光束とした後、１／４波長板２２で円偏光に変換して、集光光学系を構成する対物レンズ２３を経て光記録媒体２４の記録面にスポット状に照射させる。なお、液晶セル２がオン状態にあるときは、前述したように、半導体レーザ１からの光ビームは、中央部では偏光方向が９０°回転され、周辺部では偏光方向が回転されることなく液晶セル２を透過して偏光性ホログラム素子４に入射する。この周辺部の光束は、偏光性ホログラム素子４で回折され、その回折された光ビームはコリメータレンズ２１に入射されず、液晶セル２によって偏光方向が変えられた中央部の光束のみがコリメータレンズ２１に入射されることになる。これに対し、液晶セル２がオフ状態にあるときは、入射する光ビームは、その中央部および周辺部ともに偏光方向が９０°回転されて出射するので、全ての光束が偏光性ホログラム素子４を経てコリメータレンズ２１に入射する。したがって、液晶セル２および偏光性ホログラム素子４により、半導体レーザ１からの光ビームの有効径を制御すれば、対物レンズ２３の開口数が変わることになる。
【００１５】
光記録媒体２４で反射される戻り光は、対物レンズ２３、１／４波長板２２およびコリメータレンズ２１を経て偏光性ホログラム素子４に入射させる。ここで、偏光性ホログラム素子４に入射する戻り光は、往路と復路とで１／４波長板２２を二回透過するので、往路において偏光性ホログラム素子４に入射する光ビームの直線偏光と直交する方向の直線偏光となる。この偏光性ホログラム素子４のホログラム領域１８ａ，１８ｂ（図３参照）で回折される１次回折光は、ガラス基板３を経てそれぞれ光検出器２５，２６で受光する。
【００１６】
光検出器２５，２６は、図３に示すように、それぞれ２分割した受光領域２５ａ，２５ｂ、２６ａ，２６ｂをもって構成する。これら光検出器２５，２６は、図１に示すように、ステム６ａ上に固定したステム６ｃの表面にそれぞれチップ状態で取り付けて、それらのリード線（図示せず）をステム６ａ上の対応するランド部に接続する。
【００１７】
このようにして、光記録媒体２４からの戻り光を、偏光性ホログラム素子４で往路から分離して光検出器２５，２６で受光し、これら光検出器２５，２６の出力に基づいて、例えば特開平６−１９５７２７号公報に開示されているように、光記録媒体２４に記録されている情報信号、および光記録媒体２４と対物レンズ２３との相対的位置ずれを表すサーボ信号、例えば、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を検出するようにする。
【００１８】
すなわち、光検出器２５の受光領域２５ａ，２５ｂの出力をＳ25a ，Ｓ25b 、光検出器２６の受光領域２６ａ，２６ｂの出力をＳ26a ，Ｓ26b とするとき、情報信号ＳRF、フォーカスエラー信号Ｓf およびトラッキングエラー信号Ｓt を、それぞれ下記の演算に基づいて検出する。
[数１]
ＳRF＝Ｓ25a ＋Ｓ25b ＋Ｓ26a ＋Ｓ26b
Ｓf ＝（Ｓ25a −Ｓ25b ）＋（Ｓ26b −Ｓ26a ）
Ｓt ＝（Ｓ25a ＋Ｓ25b ）−（Ｓ26a ＋Ｓ26b ）
【００１９】
図１において、ステム６ａには、ステム６ｂ，６ｃを囲むようにキャップ２７を取り付け、このキャップ２７にガラス基板３を取り付けて、ガラス基板３、ステム６ａおよびキャップ２７によって、半導体レーザ１、液晶セル２、モニタ用光検出器５および光検出器２５，２６を気密封止する。
【００２０】
この実施形態の光学ピックアップ装置は、例えば、光記録媒体２４として、カバーガラス厚さが０．６ｍｍのＤＶＤおよびカバーガラス厚さが１．２ｍｍのＣＤを選択的に再生するディスク装置に適用し、このディスク装置に設けられた図示しないディスク識別手段からの装填されたディスクの種類を表す識別信号に基づいて、液晶セル２への電圧の印加を制御すると共に、対物レンズ２３のフォーカス方向の位置を制御する。
【００２１】
例えば、装填されたディスクが厚さの薄いＤＶＤの場合には、液晶セル２への電圧の印加をオフとして、対物レンズ２３の開口数を大きくすると共に、フォーカスエラー信号に、対物レンズ２３がディスク面から離れる方向の所定のオフセット信号を与える。これに対して、装填されたディスクが厚さの厚いＣＤの場合には、液晶セル２への電圧の印加をオンとして、対物レンズ２３の開口数を小さく、すなわち焦点深度を深くすると共に、フォーカスエラー信号に、対物レンズ２３がディスク面に近づく方向の所定のオフセット信号を与える。なお、対物レンズ２３のオフセット量は相対的なもので、例えば、厚さの薄いＤＶＤに対する対物レンズ２３の位置を基準位置とする場合には、ＣＤが装填された場合に、対物レンズ２３が基準位置から所定量ディスク面に近づくようにオフセット信号を与えればよい。
【００２２】
このようにすれば、１つのディスク装置で、厚さの異なる光記録媒体を、それぞれ収差が最も小さくなる状態で、選択的に読み取ることができる。なお、以上は光記録媒体の再生動作について説明したが、半導体レーザのパワーを記録パワーとして、その光ビームを記録すべき情報に応じて変調して光記録媒体に照射すれば、記録動作を行うことができるので、厚さの異なる光記録媒体に対して選択的に情報を記録することもできる。
【００２３】
以上のように、この実施形態によれば、半導体レーザ１、モニタ用の光検出器５、情報信号およびサーボ信号用の光検出器２５，２６を気密封止したキャップ２７内に、半導体レーザ１からの光ビームの偏光状態を制御する液晶セル２を配置したので、液晶セル２に埃等が付着することがなく、したがって対物レンズ２３の開口数を安定して制御することができる。また、液晶セル２をキャップ２７内に配置することから、そのリード線を接続する電気的接続部を有するステム６ａとの距離が短くなり、したがってリード線の電気的配線処理を含めて、組み立てが容易となり、安価にできる。
【００２４】
また、液晶セル２をガラス基板３上に設けるようにしたので、液晶セル２の歪み等を有効に防止でき、その光学的特性を安定して維持できると共に、ガラス基板３を平行平板ガラスとして、液晶セル２を設けた面とは反対側の面に分離光学素子である偏光性ホログラム素子４を設けたので、小型・軽量化を容易に達成することができる。
【００２５】
図４は、この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第１参考例を示すものである。この参考例は、光磁気記録媒体に対して情報の記録・再生を行うもので、半導体レーザ３１から出射される光ビームを、液晶セル３６を経て分離光学素子である複合プリズム３２に入射させる。複合プリズム３２は、ガラスプリズム３３とよび複屈折性プリズム３４を誘電体膜３５を介して貼り合わせて構成する。液晶セル３６は、図２と同様に構成して、複合プリズム３２を構成するガラスプリズム３３の半導体レーザ３１と対向する面に設ける。
【００２６】
ここで、複屈折性プリズム３４は、その常光および異常光の屈折率差が、例えば、０．０３以上で、かつ、ガラスプリズム３３の屈折率と、複屈折性プリズム３４の常光および異常光の少なくとも一方の屈折率との差が０．１５以上となるようにする。また、誘電体膜３５は、例えば、Ｐ偏光成分をほぼ１００％透過し、Ｓ偏光成分は７０％以上反射、３０％未満を透過するようにする。なお、図４では、複屈折性プリズム３４の常光の屈折率を１．５４、異常光の屈折率を常光の屈折率よりも０．０３大きい１．５７とし、ガラスプリズム３３の屈折率を複屈折性プリズム４０の異常光の屈折率よりも０．１５小さい１．４２とする。
【００２７】
半導体レーザ３１から出射される光ビームは、発散光束として液晶セル３６に入射する。この液晶セル３６を透過した光ビームは、複合プリズム３２のガラスプリズム３３側から入射して、誘電体膜３５に入射する。例えば、半導体レーザ３１から出射された光ビームの偏光方向が誘電体膜３５に対してＰ偏光である場合には、液晶セル３６でＳ偏光に変換された光束の７０％が誘電体膜３５で反射されることになる。
【００２８】
ここで、液晶セル３６がオフ状態の場合には、液晶セル３６に入射された光ビームは、その偏光方向が９０°変えら、複合プリズム３２のガラスプリズム３３側から誘電体膜３５にＳ偏光で入射する。そして、その７０％の光ビームが反射されてガラスプリズム３３から出射される。
【００２９】
これに対し、液晶セル３６がオン状態の場合には、半導体レーザ３１から出射された光ビームは、その周辺部の偏光方向がＰ偏光のまま誘電体膜３５に入射する。誘電体膜３５は、Ｐ偏光を１００％透過するから、光ビームの周辺部は誘電体膜３５を透過し、中央部のＳ偏光に変換された光束の７０％が誘電体膜３５で反射されてガラスプリズム３３から出射されることになる。
【００３０】
このように、液晶セル３６の印加電圧制御および誘電体膜３５の膜特性によって、ガラスプリズム３３から出射する半導体レーザ３１からの発散光束の有効径を制御するようにする。ガラスプリズム３３から出射された光ビームは、カバーガラス３７および集光光学系としての対物レンズ３８を経て光磁気記録媒体３９の記録面にスポット状に照射させる。
【００３１】
また、光磁気記録媒体３９で反射される戻り光は、対物レンズ３８およびカバーガラス３７を経て複合プリズム３２に収束光として、そのガラスプリズム３３側から入射させる。ここで、複合プリズム３２に入射する戻り光は、光磁気記録媒体３９で反射される際に、磁気カー効果により偏光方向が±θｋ度回転しているので、Ｐ偏光成分を含んでいる。したがって、戻り光のＰ偏光成分は、そのほぼ１００％が誘電体膜３５を透過し、Ｓ偏光成分は、３０％未満が誘電体膜３５を透過することになる。この誘電体膜３５を透過した戻り光を、複屈折性プリズム３４により偏光面が直交する常光および異常光に分離して、それぞれ光検出器４０および４１で受光する。
【００３２】
図４において、半導体レーザ３１、液晶セル３６を設けた複合プリズム３２、光検出器４０，４１は、同一の基板４２に実装し、これらをカバーガラス３７およびキャップ４３により気密封止する。
【００３３】
このようにして、光検出器４０，４１の出力に基づいて、光磁気記録媒体３９に記録されている情報信号を得る。また、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号は、常光および異常光のいずれか一方または双方のスポットの光量分布に基づいて検出することができるが、異常光は複屈折性プリズム３２を透過する際、光線毎に屈折率が異なり、その収差量が常光のそれよりも大きくなって、光検出器４０上に形成される常光のスポットに対して、光検出器４１上に形成される異常光のスポットが回転したりするため、好ましくは、常光のスポットを用いて検出する。
【００３４】
このため、常光を受光する光検出器４０を、４つの受光領域に分割し、それぞれの領域の出力をＳ40a 〜Ｓ40d 、光検出器４１の出力をＳ41とするとき、情報信号ＳRFは、光検出器４０，４１の出力差により、フォーカスエラー信号Ｓf は、非点収差およびコマ収差の変化を検出する方法により、また、トラッキングエラー信号Ｓt は、プッシュプル法により、それぞれ下記の信号処理を行って検出する。
[数２]
ＳRF＝Ｓ40a ＋Ｓ40b ＋Ｓ40c ＋Ｓ40d −Ｓ41
Ｓf ＝Ｓ40a −Ｓ40b ＋Ｓ40c −Ｓ40d
Ｓt ＝Ｓ40a ＋Ｓ40b −Ｓ40c −Ｓ40d
【００３５】
この参考例の光学ピックアップ装置は、例えば、光磁気記録媒体３９として、カバーガラス厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ用ＲＡＭディスクおよびカバーガラス厚さが１．２ｍｍの通常のＲＡＭディスクを選択的に再生する光磁気ディスク装置に適用し、光磁気ディスク装置に設けられた図示しないディスク識別手段からの装填されたディスクの種類を表す識別信号に基づいて、第１実施形態の場合と同様にして、液晶セル３６への電圧の印加を制御すると共に、対物レンズ３８のフォーカス方向の位置を制御する。したがって、第１実施形態と同様に、１つの光磁気ディスク装置で、厚さの異なる光磁気記録媒体を、それぞれ収差が最も小さくなる状態で、選択的に読み取ることができる。
【００３６】
以上のように、この参考例によれば、半導体レーザ３１、複合プリズム３２および光検出器４０，４１を同一基板４２に実装して気密封止したキャップ４３内で、複合プリズム３２を構成するガラスプリズム３３上に、半導体レーザ３１からの光ビームの偏光状態を制御する液晶セル３６を設けたので、液晶セル３６への埃等の付着や、歪み等を有効に防止でき、したがって、第１実施形態と同様に、対物レンズ３８の開口数を安定して制御することができる。また、基板４２に各リード線の接続部を設けることにより、電気的配線処理を含めて、組み立てが容易となり、安価にできる。
【００３７】
図５は、この発明の第２実施形態を示すものである。図５において、第１実施形態で説明したものと同一作用をなすものには同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。この実施形態では、第１実施形態において、半導体レーザ１、モニタ用光検出器５および光検出器２５，２６を同一の基板５１に実装して、これらを液晶セル２とともに、ガラス基板３およびキャップ２７により気密封止する。また、対物レンズ２３を保持するレンズ枠５２には、その光記録媒体２４側の端部と反対側の端部に反射面５２ａを形成し、該反射面５２ａにおいて、液晶セル２への電圧印加がオフの状態で、半導体レーザ１から、液晶セル２、ガラス基板３、偏光性ホログラム素子４、コリメータレンズ２１および１／４波長板２２を経て入射する光束の一部を反射させ、その反射光を１／４波長板２２、コリメータレンズ２１および偏光性ホログラム素子４に入射させて、その回折光をガラス基板３を経てモニタ用光検出器５で受光するようにする。
【００３８】
モニタ用光検出器５の出力は、スイッチ回路５５を経て、半導体レーザ１を駆動制御するレーザドライブ回路５６に供給する。スイッチ回路５５は、ディスクの識別信号に基づいて、コントロール回路５７により制御する。また、光検出器２５，２６の各受光領域２５ａ；２５ｂ，２６ａ；２６ｂ（図３参照）の出力は、演算回路５８に供給し、ここで上述した演算により情報信号ＳRF、フォーカスエラー信号Ｓf およびトラッキングエラー信号Ｓt を検出する。
【００３９】
演算回路５８から得られるフォーカスエラー信号Ｓf は、差動増幅器５９の非反転入力端子に供給する。この差動増幅器５９の反転入力端子には、ディスクの識別信号に基づいて、コントロール回路５７から所定のオフセット信号を供給し、この差動増幅器５９の出力をフォーカスドライブ回路６０を経てフォーカスコイル６１に供給することにより、対物レンズ２３をフォーカス制御するようにする。なお、この実施形態では、対物レンズ２３のフォーカス方向の基準位置を、厚さの厚いＣＤに対して設定する。演算回路５８から得られる情報信号ＳRFおよびトラッキングエラー信号Ｓt については、公知のように処理する。
【００４０】
この実施形態では、識別信号により、光記録媒体２４として、厚さｔ１の薄いＤＶＤが装填されたことが識別された場合には、液晶セル２への電圧の印加をオフ、スイッチ回路５５をオンとすると共に、差動増幅器５９の反転入力端子に所定のオフセット信号を供給する。このようにして、コリメータレンズ２１に入射する半導体レーザ１からの光ビームの有効径を大きくして、対物レンズ２３の開口数を大きくすると共に、対物レンズ２３側に導かれた光束の一部をレンズ枠５２の反射面５２ａで反射させ、この反射面５２ａでの反射光を受光するモニタ用光検出器５の出力を、スイッチ回路５５を経てレーザドライブ回路５６に供給して、半導体レーザ１の出力を制御する。また、コントロール回路５７からは、差動増幅器５９の反転入力端子に所定のオフセット信号を供給し、これにより対物レンズ２３をディスク面から離れる方向に所定量オフセットして、フォーカス制御を行わせる。
【００４１】
これに対し、識別信号によって、厚さｔ２の厚いＣＤが装填されたことが識別された場合には、液晶セル２への電圧の印加をオン、スイッチ回路５５をオフとすると共に、差動増幅器５９の反転入力端子へのオフセット信号の供給を停止する。このようにして、コリメータレンズ２１に入射する半導体レーザ１からの光ビームの有効径を小さくして、対物レンズ２３の開口数を小さくすると共に、対物レンズ２３をフォーカスオフセットすることなく、基準位置でフォーカス制御を行わせる。なお、この場合、対物レンズ２３に入射する光ビームの有効径が小さいので、レンズ枠５２の反射面５２ａで光束の一部が反射されることはないが、モニタ用光検出器５には、キャップ２７内での迷光が入射することもある。しかし、スイッチ回路５５をオフとしているので、迷光によって半導体レーザ１の出力が制御されることはない。
【００４２】
この実施形態においても、半導体レーザ１、モニタ用光検出器５および光検出器２５，２６を同一の基板５１に実装して、これらを液晶セル２とともに、ガラス基板３およびキャップ２７により気密封止するようにしたので、第１実施形態で説明したと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
図６は、この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第２参考例を示すものである。この参考例では、樹脂または金属からなる下板部材６４に埋め込まれた半導体よりなる基板６５に光検出器６６を形成すると共に、該基板６５上にチップ状の半導体レーザ６７および立ち上げミラー６８を実装して、半導体レーザ６７から下板部材６４および基板６５と平行な方向に光ビームを放射させ、その光ビームを立ち上げミラー６８により基板６５の法線方向に反射させるようにする。また、下板部材６４には、その周辺部に、該部材面と平行な方向に延在して複数本のリード端子６９を設け、半導体レーザ６７のリード線６７ａおよび光検出器６６のリード線（図示せず）をそれぞれ所定のリード端子６９に接続する。
【００４４】
さらに、下板部材６４には、基板６５に実装された半導体レーザ６７、立ち上げミラー６８および光検出器６６を、気密に封止するように光学部材７０を設ける。この光学部材７０には、基板６５と対向する側に球面凹レンズ７１を形成する。球面凹レンズ７１には、その表面の中央部、すなわち立ち上げミラー６８で反射された光ビームが入射する部分に液晶セル７２を設け、周辺部には光検出器６６と対応する部分（開口部分）７３を除いて反射膜７４を設ける。液晶セル７２は、第１実施形態と同様に、光記録媒体２４の識別信号に基づいて選択的に電圧を印加することにより、該液晶セル７２を透過する光ビームの周辺部の偏光方向を中央部の偏光方向と直交させるよう構成し、そのリード線７２ａは所定のリード端子６９の気密封止される部分に接続する。
【００４５】
また、光学部材７０の球面凹レンズ７１を形成した面とは反対側の面には、球面凹レンズ７１の光軸を含む中央部分７５を除いて分離光学素子である反射型ホログラムパターン７６を形成する。この反射型ホログラムパターン７６は、図２に示したような偏光性ホログラム素子に、さらに、球面凹レンズ７１の球面収差を補正すると共に、光記録媒体２４からの戻り光を開口部分７３を経て光検出器６６に導く機能を有するようにする。
【００４６】
このようにして、半導体レーザ６７から出射される発散光束の光ビームを、立ち上げミラー６８で反射させて、液晶セル７２を経て光学部材７０に入射させ、該光学部材７０において反射型ホログラムパターン７６および反射膜７４で順次反射させた後、中央部分７５を経て光記録媒体２４の記録面にスポット状に照射させる。また、光記録媒体２４で反射される戻り光は、光学部材７０に、その中央部分７５から入射させ、該光学部材７０において、反射膜７４および反射型ホログラムパターン７６で順次反射させた後、開口部分７３を経て光検出器６６で受光するようにする。
【００４７】
なお、光検出器６６は、例えば、特開平７−１７６０７０号公報に開示されているように、光記録媒体２４のトラック方向と直交する方向に４分割した受光領域をもって構成し、それらの出力に基づいて、情報信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出するようにする。
【００４８】
したがって、この参考例においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この参考例では、半導体レーザ６７を、下板部材６４および基板６５と平行な方向に光ビームを放射するように実装すると共に、下板部材６４の周辺部に、該部材面と平行な方向に延在して複数本のリード端子６９を設けて、半導体レーザ６７、光検出器６６および液晶セル７２のリード線を接続するようにしたので、光学ピックアップ装置の薄型化を図ることができる。
【００４９】
なお、第１、第２実施形態および第２参考例では、液晶セルと偏光性ホログラム素子との作用により、対物レンズの開口数を制御するようにしたが、液晶セルと、これを取り付ける基板（第１および２実施形態ではガラス基板３、第２参考例では光学部材７０）との間に偏光膜を設けて、液晶セルの中央部を透過した偏光はそのまま透過させ、液晶セルの周辺部（リング状電極を有する部分）を透過した偏光は、液晶セルがオフ状態では透過、オン状態では遮光させるようにすることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体レーザと、この半導体レーザから出射した光ビームを光記録媒体上にスポットとして集光する集光光学系と、該集光光学系と前記半導体レーザとの間に配置され、前記光記録媒体で反射されて前記集光光学系を経て入射する光ビームを前記半導体レーザから出射した光ビームと分離して光検出器上に入射させる分離光学素子と、該分離光学素子と前記集光光学系との間に配置された１／４波長板とを有し、前記半導体レーザおよび光検出器を光ビーム入出射用のガラス基板を有するキャップ内に気密封止して実装した光学ピックアップ装置において、前記ガラス基板を平行平板ガラスとして、該平行平板ガラスの前記半導体レーザ側の表面で、前記半導体レーザからの光ビームが入射する位置に、該光ビームの周辺部の光の偏光状態を選択的に変更する液晶セルを設け、前記平行平板ガラスの前記液晶セルを設けた表面とは反対側の表面に、前記分離光学素子を構成する回折効率が偏光依存性を有する透過型の偏光性ホログラム素子を設け、前記半導体レーザから出射された光ビームを、前記液晶セル、前記平行平板ガラスおよび前記偏光性ホログラム素子を経て有効径を選択的に制御して前記１／４波長板を経て前記集光光学系に導き、前記光記録媒体で反射された光ビームを、前記集光光学系および前記１／４波長板を経て前記偏光性ホログラム素子で前記半導体レーザから出射された光ビームと分離して、前記液晶セルを透過させることなく前記光検出器上に入射させるように構成したので、液晶セルへの埃等の付着を有効に防止でき、集光光学系を所望の光学特性に安定して制御できると共に、リード線等の電気的配線処理を含めて容易に組み立てでき、安価に、しかも小型・軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】 図１の部分詳細図である。
【図３】 同じく、図１の部分詳細図である。
【図４】 この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第１参考例を示す図である。
【図５】 この発明の第２実施形態を示す図である。
【図６】 この発明とともに開発した光学ピックアップ装置の第２参考例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ 液晶セル
３ ガラス基板
４ 偏光性ホログラム素子
５ モニタ用光検出器
６ａ，６ｂ，６ｃ ステム
７ 環座
８ ガラス基板
９ ネマティック液晶
１０ 透明電極
１１ リング状電極
１５ ニオブ酸リチウム基板
１６ プロトン交換領域
１７ 誘電体膜
１８ 回折格子
１８ａ，１８ｂ ホログラム領域
１９ 分割線
２１ コリメータレンズ
２２ １／４波長板
２３ 対物レンズ
２４ 光記録媒体
２５，２６ 光検出器
Claims (1)
- 半導体レーザと、この半導体レーザから出射した光ビームを光記録媒体上にスポットとして集光する集光光学系と、該集光光学系と前記半導体レーザとの間に配置され、前記光記録媒体で反射されて前記集光光学系を経て入射する光ビームを前記半導体レーザから出射した光ビームと分離して光検出器上に入射させる分離光学素子と、該分離光学素子と前記集光光学系との間に配置された１／４波長板とを有し、前記半導体レーザおよび光検出器を光ビーム入出射用のガラス基板を有するキャップ内に気密封止して実装した光学ピックアップ装置において、
前記ガラス基板を平行平板ガラスとして、
該平行平板ガラスの前記半導体レーザ側の表面で、前記半導体レーザからの光ビームが入射する位置に、該光ビームの周辺部の光の偏光状態を選択的に変更する液晶セルを設け、
前記平行平板ガラスの前記液晶セルを設けた表面とは反対側の表面に、前記分離光学素子を構成する回折効率が偏光依存性を有する透過型の偏光性ホログラム素子を設け、
前記半導体レーザから出射された光ビームを、前記液晶セル、前記平行平板ガラスおよび前記偏光性ホログラム素子を経て有効径を選択的に制御して前記１／４波長板を経て前記集光光学系に導き、前記光記録媒体で反射された光ビームを、前記集光光学系および前記１／４波長板を経て前記偏光性ホログラム素子で前記半導体レーザから出射された光ビームと分離して、前記液晶セルを透過させることなく前記光検出器上に入射させるように構成したことを特徴とする光学ピックアップ装置。
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