JP4190547B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関するものであり、特に、２つ以上の対物レンズが配された互換型の光ピックアップ装置に用いて好適なものである。

基板厚の異なる数種のディスクに対応可能な互換型光ピックアップでは、２つ以上の対物レンズを用いる方式が考えられる。この場合、レーザ光を何れの対物レンズに導くかを適宜設定できる構成が光学系内に必要となる。この構成として、たとえば、以下の特許文献１、２に示す構成を用いることができる。

図１２に、特許文献１、２に記載の構成例を示す。

図において、１は半導体レーザ、２はコリメータレンズ、３は偏光変換素子、４は偏光ビームスプリッタ、５はミラー、６はλ／４板、７は第１の対物レンズ、８は第２の対物レンズ、９は光検出系である。

半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ２で平行光とされた後、偏光変換素子３によって偏光方向が調整される。レーザ光の偏光方向が第１の方向にあるとき、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ４にて、第１の対物レンズ７に向かう方向に反射される。また、レーザ光の偏光方向が第１の方向に直交する第２の方向にあるとき、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ４を透過し、ミラー５を介して、第２の対物レンズ８に入射される。このように、偏光変換素子３によってレーザ光の偏光方向を第１の方向と第２の方向の間で切り替えることにより、レーザ光が入射される対物レンズが変更される。

この他、２つの対物レンズにレーザ光を振り分けるための構成としてBragg回折型の液晶素子を用いる方法が知られている（特許文献３）。なお、Bragg回折型液晶素子の構成は、たとえば、以下の特許文献４にも示されている。
特開平９−２１２９０５号公報 特開２００１−３４４８０３号公報 特開２００６−２４３５１号公報 米国公開特許公報ＵＳ２００５／０２３７５８９ Ａ１

図１２に示す従来の構成例では、通常、それぞれの反射面が対物レンズ７、８の光軸に対して４５°の角度で傾斜した状態で、偏光ビームスプリッタ４とミラー５が配置される。この場合、偏光ビームスプリッタ４に入射する直前のレーザ光のビーム形状と、偏光ビームスプリッタ４またはミラー５によって反射された後のレーザ光のビーム形状は同一となる。このため、対物レンズ７、８に十分な大きさの有効径にてビームを入射させようとすると、偏光ビームスプリッタ４に入射する直前のレーザ光のビーム形状をある程度大きく確保する必要がある。しかし、このようにビーム形状を大きくすると、同図中の寸法Ｌが大きくなり、その結果、光学系の厚み方向（対物レンズの光軸方向）の寸法が大きくなるとの問題が生じる。

本発明は、かかる問題を解消するものであり、光学系の厚み方向の寸法を小さく抑えながら、レーザ光を２つの対物レンズに円滑に振り分けることができる光ピックアップ装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、プラスチック材料から成る第１の対物レンズと、前記第１の対物レンズの光軸に対して４５°よりも大きい角度にて傾斜した状態で前記第１の対物レンズの光軸上に配置されるとともに、前記第１の対物レンズの光軸に対して垂直な第１の方向からレーザ光が入射され、電圧の印加および非印加に応じて前記レーザ光を透過および前記第１の対物レンズの光軸に平行な第２の方向に反射するBragg回折型液晶素子と、前記第１の対物レンズに対して前記第１の方向に離間するとともにその光軸が前記第１の対物レンズの光軸と平行となるように配置されたガラス材料から成る第２の対物レンズと、前記Bragg回折型液晶素子を透過したレーザ光を前記第２の対物レンズに導く光学素子を備え、前記Bragg回折型液晶素子に入射する際のビーム形状の短軸方向が前記第２の方向に平行となるよう調整されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記光学素子は、前記第２の対物レンズの光軸に対して４５°傾斜した状態で前記第２の対物レンズの光軸上に配置されるとともに、前記Bragg回折型液晶素子を透過したレーザ光を前記第２の方向に反射するミラーであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光ピックアップ装置において、波長の異なる数種のレーザ光を出射する光源と、前記光源からのレーザ光を前記Bragg回折型液晶素子に入射させる光学系を備え、前記Bragg回折型液晶素子は、入射された数種のレーザ光のうち所定のレーザ光に対して回折による反射作用を発現するよう構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の光ピックアップ装置において、前記光源は、波長の異なる数種のレーザ光をそれぞれ出射する複数の半導体レーザを備え、前記光学系は、これら半導体レーザからそれぞれ出射されるレーザ光の光路を一つに纏めて前記Bragg回折型液晶素子に入射させる光路調整素子を有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記Bragg回折型液晶素子は、反射後のビーム形状が略真円となるような角度にて前記第１の対物レンズの光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１の対物レンズと前記Bragg回折型液晶素子の間にλ／４板が配され、前記Bragg回折型液晶素子は、前記λ／４板によって直線偏光方向が回転される前の前記レーザ光に対して回折による反射作用を発現する第１のBragg回折型液晶素子と、前記λ／４板によって直線偏光方向が回転された後の前記レーザ光に対して回折による反射作用を発現する第２のBragg回折型液晶素子を備えることを特徴とする。

なお、上記請求項における「Bragg回折型液晶素子」は実施の形態におけるスイッチングミラー１０４が対応する。また、上記請求項における「光路調整素子」は実施の形態におけるダイクロプリズム１２６、１２７が対応する。

ただし、以下の実施の形態は、本発明を特に限定するものではない。

本発明によれば、Bragg回折型液晶素子に対する印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、レーザ光が入射される対物レンズを、第１の対物レンズと第２の対物レンズの間で、適宜切り替えることができる。また、Bragg回折型液晶素子を第１の対物レンズの光軸に対して４５°よりも大きい角度にて傾斜した状態で配置するようにしたため、Bragg回折型液晶素子に入射する際のレーザ光のビーム形状を第２の方向に小さくすることができ、よって、光学系の厚み方向の寸法を小さくすることができる。

本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも一つの例示形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、基板厚０．６ｍｍのＨＤＤＶＤ（High Definition Digital Versatile Disc）と基板厚０．１ｍｍのＢＤ（ブルーレイディスク）に対応可能な互換型光ピックアップ装置に本発明を適用したものである。

まず、図１に実施の形態に係る光ピックアップ装置の光学系を示す。同図（ａ）は光学系の上面図、同図（ｂ）は対物レンズアクチュエータ周辺部分の側面図である。なお、同図（ａ）には、便宜上、光ディスク装置側の構成（再生回路３０１、サーボ回路３０２、制御回路３０３）が併せて示されている。

図示の如く、光ピックアップ装置の光学系は、半導体レーザ１０１と、コリメータレンズ１０２と、偏光ビームスプリッタ１０３と、スイッチングミラー１０４と、ミラー１０５と、λ／４板１０６と、ホルダー１０７と、対物レンズ１０８、１０９と、対物レンズアクチュエータ１１０と、集光レンズ１１１と、光検出器１１２を備えている。

半導体レーザ１０１は、青色波長（４００ｎｍ程度）のレーザ光を出射する。コリメータレンズ１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。偏光ビームスプリッタ１０３は、コリメータレンズ１０２側から入射されるレーザ光を略透過するとともに、スイッチングミラー１０４側から入射されるレーザ光を反射する。

スイッチングミラー１０４は、サーボ回路３０２から電圧が印加されていないとき、偏光ビームスプリッタ１０３からのレーザ光を対物レンズ１０８側に反射（回折）するとともに、ディスクからの反射光を偏光ビームスプリッタ１０３側に反射（回折）する。また、スイッチングミラー１０４は、サーボ回路３０２から電圧が印加されているとき、偏光ビームスプリッタ１０３からのレーザ光を透過してミラー１０５へと導くともに、ディスクからの反射光を透過して偏光ビームスプリッタ１０３へと導く。スイッチングミラー１０４は、対物レンズ１０８の光軸に対して４５°よりも大きな角度（たとえば、６０°）にて傾くよう配置されている。なお、スイッチングミラー１０４の詳細は、追って詳述する。

ミラー１０５は、スイッチングミラー１０４を透過したレーザ光を対物レンズ１０９側に反射する。ミラー１０５は、対物レンズ１０９の光軸に対し４５°の角度で傾くよう配置されている。

λ／４板１０６は、スイッチングミラー１０４またはミラー１０５から入射されるレーザ光を円偏光に変換するとともに、ディスクからの反射光を、ディスクへ入射される際の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。これにより、ディスクによって反射されたレーザ光は偏光ビームスプリッタ１０３によって反射される。

ホルダー１０７は、対物レンズ１０８、１０９を保持する。対物レンズアクチュエータ１１０は、サーボ回路３０２からのサーボ信号に応じて、ホルダー１０７をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動する。これにより、対物レンズ１０８、１０９はフォーカス方向およびトラッキング方向に一体的に駆動される。

対物レンズ１０８は、青色波長のレーザ光を、基板厚０．６ｍｍのＨＤＤＶＤ上に適正に収束できるよう設計されている。また、対物レンズ１０９は、青色波長のレーザ光を、基板厚０．１ｍｍのＢＤ上に適正に収束できるよう設計されている。

集光レンズ１１１は、ディスクによって反射されたレーザ光を光検出器１１２上に収束させる。光検出器１１２は、受光したレーザ光の強度分布から再生ＲＦ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導出するためのセンサーパターンを有している。各センサーからの信号は、再生回路３０１およびサーボ回路３０２に出力される。

再生回路３０１は、光検出器１１２から受信したセンサー信号を演算処理して再生ＲＦ信号を導出し、これを復調して再生データを生成する。

サーボ回路３０２は、光検出器１１２から受信したセンサー信号を演算処理してトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号を導出し、これに基づいてトラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号を生成して対物レンズアクチュエータ１１０に出力する。また、制御回路３０３からの指令に応じて、スイッチングミラー１０４に駆動電圧を印加する。制御回路３０３は、キー入力部（図示せず）からの入力指令等に応じて各部を制御する。

図２は、スイッチングミラー１０４の詳細を示す図である。

まず、同図（ａ）を参照して、スイッチングミラー１０４の構成要素であるブラッグ回折型液晶素子（ESBG）について説明する。なお、同図（ａ）はブラッグ回折型液晶素子（ESBG）の側断面図である。

ブラッグ回折型液晶素子は、ポリマー分散液晶２０１を、２つのカバーガラス２０３とスペーサ２０４内に封入して形成される。ここで、２つのカバーガラス２０３の内面にはそれぞれＩＴＯ膜（透明電極）２０２形成されている。

ポリマー分散液晶２０１には、所定のパターンにてポリマー（Bragg回折縞）が定着されている。ここで、ポリマーは、たとえば、２つのカバーガラス２０３とスペーサ２０４内に、液晶、モノマー、架橋モノマー、重合開始材を含むプリポリマーを封入し、このプリポリマー内で２つの光を干渉させることにより定着される。プリポリマー内で２つの光を干渉させると、プリポリマー内に明暗の干渉縞が生じる。この干渉縞のうち“明”の領域に、プリポリマー中の光重合性の高いモノマーが引き寄せられてポリマー化し、これにより、プリポリマー中に、干渉縞に応じたポリマーのBragg回折縞（体積ホログラム構造）が定着する。ここで、ポリマーの定着パターンは、レーザ光の進行方向を一定角度だけ変化させる回折作用をレーザ光に付与するパターンとされている。

なお、定着処理の際に露光する光は、Bragg回折縞によって回折させたい波長の光が用いられる。すなわち、本実施の形態では、波長４００ｎｍ程度の青色波長の光が露光用の光として用いられる。

また、ポリマーの屈折率ｎｐと、液晶の屈折率ｎＬＣは、ＩＴＯ膜２０２を介してポリマー分散液晶２０１に電圧が印加されていない状態において、ｎＬＣ≠ｎｐとなるよう調整されている。なお、液晶は、ポリマー分散液晶２０１に電圧が印加されるに応じてその屈折率がポリマーの屈折率に接近するよう配向されている。液晶分子の屈折率ｎＬＣは、ポリマー分散液晶２０１に電圧Ｖｄが印加されたとき、ポリマーの屈折率ｎｐに一致する。

ポリマー分散液晶２０１に電圧が印加されていない状態では、ポリマーと液晶の間に屈折率の差（ｎＬＣ≠ｎｐ）が生じるため、ポリマー分散液晶２０１中に、ポリマーによるBragg回折縞（体積ホログラム構造）が生じる。このため、ポリマー分散液晶２０１に入射したレーザ光は、Bragg回折縞によって回折作用を受ける。

他方、ポリマー分散液晶２０１に電圧Ｖｄが印加された状態では、ポリマーと液晶の屈折率が一致する（ｎＬＣ＝ｎｐ）ため、ポリマー分散液晶２０１中にポリマーによるBragg回折縞（体積ホログラム構造）は生じない。このため、ポリマー分散液晶２０１に入射したレーザ光は、Bragg回折縞による回折を受けることなく、ポリマー分散液晶２０１を透過する。

なお、Bragg回折縞（体積ホログラム構造）は偏光依存性が高いため、図２（ａ）の構成において、レーザ光の偏光方向が、Bragg回折縞（体積ホログラム構造）にて適正に回折作用が発現される偏光方向（以下、「基準偏光方向」という）に対して大きくずれると、レーザ光に対して、Bragg回折縞による回折作用を適正に付与できなくなる。これに対し、図１に示す光学系では、λ／４板１０６による作用によって、ディスクから反射されてスイッチングミラー１０４に入射するレーザ光（以下、「入射レーザ光」という）の偏光方向と、偏光ビームスプリッタ１０３側からスイッチングミラー１０４に入射するレーザ光（以下、「反射レーザ光」という）の偏光方向が９０度相違しているため、このうち何れか一方のレーザ光の偏光方向をBragg回折縞の基準偏光方向に一致させると、他方のレーザ光には、上述の回折作用が付与されなくなる。

そこで、本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、入射レーザ光用のBragg回折型液晶素子（Ｐ偏光用液晶素子）と、反射レーザ光用のBragg回折型液晶素子（Ｓ偏光用液晶素子）を個別に準備し、これらを、接着層２０５にて接着して、スイッチングミラー１０４が構成されている。

ここで、Ｐ偏光用液晶素子は、Bragg回折縞の基準偏光方向が、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した入射レーザ光（Ｐ偏光）の偏光方向に整合するよう調整されている。また、Ｓ偏光用液晶素子は、Bragg回折縞の基準偏光方向が、λ／４板１０６によって偏光面が９０度回転した反射レーザ光（Ｓ偏光）の偏光方向に整合するよう調整されている。なお、Ｐ偏光用液晶素子とＳ偏光用液晶素子からそれぞれレーザ光に付与される回折作用は同一となっている。

図３に、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに電圧が印加されていないときのレーザ光の進行路を示す。

同図（ａ）に示す如く、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した入射レーザ光（Ｐ偏光）は、その偏光方向がＰ偏光用液晶素子１０４ａの基準偏光方向に整合しているため、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａによって回折され、その進行路が対物レンズ１０８方向に変更される。

一方、ディスクから反射された反射レーザ光（Ｓ偏光）は、その偏光方向がＰ偏光用液晶素子１０４ａの基準偏光方向に対して９０度回転しているため、同図（ｂ）に示す如く、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａによる回折作用を受けることなく、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂに入射する。このとき、反射レーザ光の偏光方向はＳ偏光用液晶素子１０４ｂの基準偏光方向に整合しているため、反射レーザ光は、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂによって回折され、その進行路が偏光ビームスプリッタ１０３方向に変更される。

図４に、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂにそれぞれ電圧Ｖｄが印加されているときのレーザ光の進行路を示す。

同図（ａ）に示す如く、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した入射レーザ光（Ｐ偏光）は、まず、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａに入射するが、この場合、電圧Ｖｄの印加により、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａ中のポリマーと液晶の屈折率が一致するため、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａ中にBragg回折縞（体積ホログラム構造）は生じず、このため、入射レーザ光は、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａから回折を受けることなく、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａを透過する。

次に、入射レーザ光は、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂに入射するが、この場合も、電圧Ｖｄの印加により、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂ中にBragg回折縞（体積ホログラム構造）が生じていないため、入射レーザ光は、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂによる回折作用を受けることなく、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂを透過する。なお、入射レーザ光の偏光方向は、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂの基準偏光方向に対して９０度回転しているため、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂに電圧が印加されていなくとも、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂから入射レーザ光に回折作用が付与されることはない。

しかして、入射レーザ光は、スイッチングミラー１０４を透過して、ミラー１０５へと導かれる。

一方、ディスクから反射された反射レーザ光（Ｓ偏光）は、同図（ｂ）に示す如く、まず、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂに入射するが、電圧Ｖｄの印加により、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂ中のポリマーと液晶の屈折率が一致するため、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂ中にBragg回折縞（体積ホログラム構造）は生じず、このため、反射レーザ光は、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂから回折を受けることなく、Ｓ偏光用液晶素子１０４ｂを透過する。

次に、反射レーザ光は、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａに入射するが、この場合も、電圧Ｖｄの印加により、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａ中にBragg回折縞（体積ホログラム構造）が生じていないため、入射レーザ光は、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａによる回折作用を受けることなく、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａを透過する。なお、入射レーザ光の偏光方向は、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａの基準偏光方向に対して９０度回転しているため、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａに電圧が印加されていなくとも、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａから入射レーザ光に回折作用が付与されることはない。

しかして、反射レーザ光は、スイッチングミラー１０４を透過して、偏光ビームスプリッタ１０３へと導かれる。

このように、本実施の形態によれば、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、レーザ光が入射される対物レンズ１０８、１０９を適宜切り替えることができる。本実施の形態によれば、電気的にスイッチング可能なBragg回折型液晶素子を対物レンズの切り替え手段として用いながら、同時に、光検出器１１２へとレーザ光を導くための光路変更手段として偏光ビームスプリッタ１０３を用いることができる。

次に、図５を参照して、スイッチングミラー１０４によるビーム整形効果について説明する。

同図（ａ）に示す如く、スイッチングミラー１０４に対してＺ軸方向に入射したビーム径φｙのレーザ光は、スイッチングミラー１０４にて反射されることによって、ビーム径φｚのレーザ光に整形される。ここで、同図の如く、Ｙ軸に対するスイッチングミラー１０４の傾斜角をθｙとすると、反射前後のビームスポットの整形倍率は、φｚ／φｙ＝ｔａｎθｙとなる。ここで、傾斜角θｙが４５°＜θｙ＜９０°であれば、整形倍率φｚ／φｙは１より大きくなる。たとえば、傾斜角θｙ＝６０°であれば、整形倍率は、φｚ／φｙ＝１．７３となる。

今、同図（ｂ）に示す強度分布のレーザ光がスイッチングミラー１０４に対して、同図（ｃ）の如くして入射したとする。この場合、本実施の形態では、上記の如く、スイッチングミラー１０４の傾斜角θｙが４５°よりも大きくなるように設定されているため、スイッチングミラー１０４によって反射された後のレーザ光のビーム形状は、その短軸方向がφｚ／φｙ倍だけ拡張される。たとえば、スイッチングミラー１０４へ入射する前のビーム径φｙ０、φｘ０の比がφｙ０：φｘ０＝１：１．７３であって、スイッチングミラー１０４の傾斜角θｙがθｙ＝６０°であるとすると、スイッチングミラー１０４によって反射された後のビーム径φｘ１、φｚ１の比は、φｘ１：φｚ１＝１：１となり、この反射光のビーム形状は真円となる。

本実施の形態では、同図（ｃ）に示す如く、長軸と短軸がそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向となるようにして、レーザ光がスイッチングミラー１０４に入射される。すなわち、図１の光学系において、ビーム形状の長軸がＸ軸方向に一致するよう、半導体レーザ１０１の配置が調整される。この調整により、スイッチングミラー１０４によって反射された後のレーザ光のビーム形状が楕円から真円に近付けられる。

なお、本実施の形態において、ミラー１０５は、Ｙ軸方向に対して４５°の角度で傾斜するようにして配置されている。よって、ミラー１０５にて反射された後のレーザ光のビーム形状は、ミラー１０５およびスイッチングミラー１０４に入射する前のレーザ光のビーム形状と同じとなる。すなわち、ミラー１０５によってレーザ光にビーム整形効果が付与されることはない。

このように本実施の形態によれば、対物レンズ１０８、１０９に入射されるレーザ光のうち、対物レンズ１０８に入射される方のレーザ光のビーム形状を他方のレーザ光に比べて大きくすることができる。よって、対物レンズ１０９の有効径を対物レンズ１０８に比べて小さくすることができ、もって、対物レンズ１０９の軽量化を図ることができる。

なお、現在のところ、ＢＤ用の対物レンズは、ＨＤＤＶＤ用の対物レンズに比べ重量が大きくなっている。これは、ＨＤＤＶＤ用対物レンズがプラスチック材料から形成されるのに対し、ＢＤ用対物レンズはガラス材料によって形成されるためである。したがって、本実施の形態のように、対物レンズ１０８をＨＤＤＶＤ用とし、対物レンズ１０９をＢＤ用とすれば、重量が大きい方のＢＤ用対物レンズをＨＤＤＶＤ用対物レンズよりも小さくすることができ、もって、ＢＤ用対物レンズとＨＤＤＶＤ用対物レンズの重量差を抑制することができる。よって、これら２つの対物レンズが装着されたホルダー１０７の重量バランスを均衡させることができ、対物レンズアクチュエータ１１０による対物レンズの駆動特性を安定化させることができる。

なお、図１に示すように２つの対物レンズを光学系に配する場合、光学系の厚み方向（対物レンズの光軸方向）の寸法は、２つの対物レンズのうち開口が大きい方の対物レンズにレーザ光を入射させる際の、立ち上げミラー入射直前のビーム径、すなわち、図３（ｃ）のビーム径φｙ０に依存する。すなわち、このφｙ０を小さくする程、光学系の厚み寸法を小さくすることができる。

本実施の形態によれば、スイッチングミラー１０４によるビーム整形効果によってレーザビームの短軸が拡張されるため、スイッチングミラー１０４に入射される直前のレーザ光の短軸方向寸法、すなわち、図３（ｃ）に示すφｙ０をかなり小さくしても、大きな有効径にて対物レンズ１０８にレーザ光を入射させることができる。したがって、本実施の形態によれば、このようにφｙ０を小さく抑えながら、開口の大きい方の対物レンズ１０８（ＨＤＤＶＤ用）に大きな有効径にてレーザ光を入射させることができるので、光学系の厚み方向寸法を小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、たとえば、ホルダー１０９のレーザ通過口によってレーザ光の周縁が遮光される。これにより、対物レンズ１０８、１０９には、真円の状態でレーザ光が入射される。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、レーザ光が入射される対物レンズ１０８、１０９を適宜切り替えることができる。また、スイッチングミラー１０４の傾斜角θｙを４５°よりも大きく設定することにより、光学系の薄型化およびＢＤ用対物レンズ１０９の軽量化を図ることができる。

なお、本発明の実施形態は、上記に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、対物レンズ１０８をＨＤＤＶＤ用とし、対物レンズ１０９をＢＤ用としたが、対物レンズ１０８をＢＤ用とし、対物レンズ１０９をＨＤＤＶＤ用とすることもできる。この場合、ＢＤ用として用いる対物レンズ１０８の開口（有効径）を大きくすることができるため、フォーカス方向における当該対物レンズ１０８のワーキングディスタンスを大きくすることができる。なお、この場合には、ＨＤＤＶＤ用の対物レンズ１０９とＢＤ用の対物レンズ１０８の間の重量差が大きくなるため、両者の重量バランスを均衡させるための手段ないし構成がホルダー１０７等に必要となる。

また、上記実施の形態では、対物レンズ１０８、１０９にそれぞれ青色波長のレーザ光を入射させるようにしたが、各対物レンズに入射させるレーザ光は、これに限定されず、光ピックアップ装置の仕様に応じて適宜変更され得るものである。この場合、対物レンズ１０８、１０９は、対応するディスクにレーザ光を適正に収束できるよう設計される。

たとえば、光ピックアップ装置が、ＢＤ、ＨＤＤＶＤ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）およびＣＤ（Compact Disc）の互換型である場合、たとえば、対物レンズ１０８をＢＤ用とし、対物レンズ１０９をＨＤＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用とすることができる。

図６および図７は、ＢＤ／ＨＤＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換型光ピックアップの光学系の一例を示すものである。図６は光学系の上面図、図７は対物レンズアクチュエータ周辺部分の側面図である。なお、図１に示す光学系と同一の素子には同一の符号が付されている。

図において、１２０は、波長７８０ｎｍ程度の赤外波長のレーザ光（ＣＤ用）を出射する半導体レーザ、１２１は、半導体レーザ１２０から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズである。１２２は、波長６５０ｎｍ程度の赤色波長のレーザ光（ＤＶＤ用）を出射する半導体レーザ、１２３は、半導体レーザ１２２から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズである。１２４は、波長４００ｎｍ程度の青色波長のレーザ光（ＢＤ／ＨＤＤＶＤ用）を出射する半導体レーザ、１２５は、半導体レーザ１２４から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズである。

１２６は、コリメータレンズ１２１側から入射されるレーザ光を透過するとともにコリメータレンズ１２３側から入射されるレーザ光を反射するダイクロプリズムである。１２７は、ダイクロプリズム１２６側から入射されるレーザ光を透過するとともにコリメータレンズ１２５側から入射されるレーザ光を反射するダイクロプリズムである。

１２８は、赤外波長のレーザ光（ＣＤ用）に対してのみ開口制限作用を付与する開口制限素子である。開口制限素子１２８として、たとえば、膜コート素子を用いることができる。この膜コート素子には、赤外波長のレーザ光の外周部が入射する位置に波長選択性の膜パターンがコーティングされている。このパターンによる反射作用によって、赤外波長のレーザ光のみ外周部を反射させる。

なお、対物レンズ１０８はＢＤ用とされ、対物レンズ１０９はＨＤＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用とされている。

同図に示す光学系において、ＢＤに対し記録／再生を行う場合には、半導体レーザ１２４を点灯させるとともに、スイッチングミラー１０４内のＰ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＦＦ（印加電圧＝０）に設定する。また、ＨＤＤＶＤに対し記録／再生を行う場合には、半導体レーザ１２４を点灯させるとともに、スイッチングミラー１０４内のＰ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＮ（印加電圧＝Ｖｄ）に設定する。

ＣＤまたはＤＶＤに対し記録／再生を行う場合には、半導体レーザ１２０または１２２を点灯させるとともに、スイッチングミラー１０４内のＰ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＮ（印加電圧＝Ｖｄ）に設定する。

なお、一般に、Bragg回折縞（体積ホログラム構造）は、偏光依存性と波長選択性が高いため、ポリマーの定着に用いたレーザ光の偏光方向および波長と相違するレーザ光には、回折作用を付与せずに、レーザ光をそのまま透過させる。したがって、ＣＤまたはＤＶＤ用のレーザ光を用いる場合には、スイッチングミラー１０４内のＰ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに電圧Ｖｄを印加しなくても、レーザ光は、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂによってそれ程大きな回折作用を受けないものと想定される。

このように、ＣＤ／ＤＶＤ用レーザ光がBragg回折縞（体積ホログラム構造）によって大きな影響を受けない場合には、ＣＤ／ＤＶＤ用レーザ光を用いる場合にも、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＦＦ（印加電圧＝０）に設定するようにしても良い。これに対し、ＣＤ／ＤＶＤ用レーザ光がBragg回折縞（体積ホログラム構造）によって不所望な回折作用を受ける場合には、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂに対する印加電圧をＯＮ（印加電圧＝Ｖｄ）に設定するようにすると良い。

なお、この場合、ＨＤＤＶＤ用レーザ光を透過させるときに印加する電圧Ｖｄと、ＤＶＤ用レーザ光を透過させるときに印加する電圧Ｖｄと、ＣＤ用レーザ光を透過させるときに印加する電圧Ｖｄは、それぞれ異なる可能性がある。

図６および図７に示す光学系は、さらに図８および図９に示す光学系に変更することができる。この光学系では、偏光ビームスプリッタ１０３がＨＭ／ＰＢＳ素子１３０に置き換えられている。また、図６および図７におけるλ／４板１０６が省略され、代わりに、ＨＭ／ＰＢＳ素子１３０の直後にλ／４板１３１が追加されている。

ＨＭ／ＰＢＳ素子１３０は、赤色波長および赤外波長のレーザ光に対しては、上記図６および図７の場合と同様、偏光ビームスプリッタとして作用し、青色波長のレーザ光に対してはハーフミラーとして作用する。

λ／４板１３１は、赤色波長および赤外波長のレーザ光に対しては、上記図６および図７におけるλ／４１０６と同様、偏光方向の回転作用をこれらレーザ光に付与するが、青色波長のレーザ光に対しては、かかる偏光方向の回転作用を付与しない。

この光学系では、上記図６および図７の場合と異なり、ディスク入射時の青色レーザ光の偏光方向とディスクから反射された青色レーザ光の偏光方向が一致しているため、スイッチングミラー１０４を上述のＰ偏光用液晶素子１０４ａのみにて構成することができる。

図１０に、スイッチングミラー１０４をＰ偏光用液晶素子１０４ａのみにて構成したときの光路切り替え作用を示す。

対物レンズ１０８（ＢＤ用）に青色レーザ光を導く場合、半導体レーザ１２４を点灯させるとともに、スイッチングミラー１０４（Ｐ偏光用液晶素子１０４ａ）に対する印加電圧をＯＦＦ（印加電圧＝０）に設定する。これにより、同図（ａ）に示す如く、半導体レーザ１２４からの青色レーザ光がスイッチングミラー１０４により反射され、対物レンズ１０８（ＢＤ用）に導かれる。また、ディスクからの反射光は、スイッチングミラー１０４により反射され、ＨＭ／ＰＢＳ素子１３０に導かれる。

対物レンズ１０９（ＣＤ／ＤＶＤ／ＨＤＤＶＤ用）に青色レーザ光を導く場合、半導体レーザ１２４を点灯させるとともに、スイッチングミラー１０４（Ｐ偏光用液晶素子１０４ａ）に対する印加電圧をＯＮ（印加電圧＝Ｖｄ）に設定する。これにより、同図（ｂ）に示す如く、半導体レーザ１２４からの青色レーザ光がスイッチングミラー１０４を透過して、対物レンズ１０９（ＣＤ／ＤＶＤ／ＨＤＤＶＤ用）に導かれる。また、ディスクからの反射光は、スイッチングミラー１０４を透過して、ＨＭ／ＰＢＳ素子１３０に導かれる。

赤色レーザ光または赤外レーザ光を対物レンズ１０９（ＣＤ／ＤＶＤ／ＨＤＤＶＤ用）に導く場合には、半導体レーザ１２０または１２２を点灯させるとともに、スイッチングミラー１０４（Ｐ偏光用液晶素子１０４ａ）に対する印加電圧をＯＮ（印加電圧＝Ｖｄ）に設定する。これにより、半導体レーザ１２０または１２２からのレーザ光がスイッチングミラー１０４を透過して、対物レンズ１０９（ＣＤ／ＤＶＤ／ＨＤＤＶＤ用）に導かれる。また、ディスクからの反射光は、スイッチングミラー１０４を透過して、ＨＭ／ＰＢＳ素子１３０に導かれる。

図８および図９に示す光学系では、偏光ビームスプリッタに替えてＨＭ／ＰＢＳ素子１３０を配したため、図６および図７の場合に比べ、青色レーザ光の利用効率が低下する。その一方、対物レンズ１０８、１０９とスイッチングミラー１０４およびミラー１０５の間にλ／４板は配さないため、図６および図７の場合に比べ、光学系の厚み方向の寸法をさらに小さくすることができる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の実施形態は上記のものに限定されるものではない。

たとえば、上記図６および図７に示す構成例では、波長毎に半導体レーザ１２０、１２２、１２４を配置し、ダイクロプリズム１２６、１２７にて、各波長のレーザ光の光軸を整合させるようにしたが、同一筐体内から異なる波長のレーザ光を同一方向に出射する半導体レーザを用いて光学系を構成するようにすることもできる。

この場合、図１に示す構成において、半導体レーザ１０１が、異なる３つの波長のレーザ光を出射する３波長用の半導体レーザに置き換えられる。また、コリメータレンズ１０２が、これら３つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光に変換するものに変更される。なお、このコリメータレンズは、たとえば、各波長のレーザ光に対し色消し効果を実現できるよう、アッベ数と曲率（球面）が調整された複数枚のレンズを貼り合わせて形成され得る。

なお、このように３波長用の半導体レーザを用いる場合には、各波長のレーザ素子の配置ギャップに応じて、レーザ光の光軸間にずれが生じる。したがって、この構成例の場合には、レーザ光の光軸ズレを補正するための光軸補正素子を、たとえばコリメータレンズの直後に配置するようにするのが望ましい。ここで、光軸補正素子は、たとえば、回折格子によって構成することができる。この場合、光軸補正素子には、波長選択性の回折パターンが形成されている。光軸補正素子は、３波長用の半導体レーザから出射されるレーザ光のうち、所定波長のレーザ光の光軸を、回折作用によって、他の波長のレーザ光の光軸に整合させる。

また、上記実施の形態では、印加電圧ＯＦＦ時にBragg回折縞（体積ホログラム構造）が作用し、印加電圧ＯＮ時にBragg回折縞（体積ホログラム構造）が作用しないようスイッチングミラー１０４を構成したが、これに代えて、印加電圧ＯＮ時にBragg回折縞（体積ホログラム構造）が作用し、印加電圧ＯＦＦ時にBragg回折縞（体積ホログラム構造）が作用しないようスイッチングミラー１０４を構成するようにすることもできる。この場合、Ｐ偏光用液晶素子１０４ａとＳ偏光用液晶素子１０４ｂのポリマーの屈折率ｎｐと液晶の屈折率ｎＬＣは、ポリマー分散液晶２０１に電圧が印加されていない状態において、ｎＬＣ＝ｎｐとなるよう調整される。

さらに、上記実施の形態では、２つの対物レンズを用いる場合を例示したが、３つ以上の対物レンズを使用する場合も同様に本発明を適用できる。たとえば、３つの対物レンズを使用する場合には、スイッチングミラー１０４とミラー１０５の間にスイッチングミラーを追加し、さらに、追加したスイッチングミラーに対応する位置に対物レンズを追加するようにすれば良い。

また、上記実施の形態では、２つの偏光方向に機能するスイッチングミラー１０４について、図２（ｂ）に示したように一つの偏光方向に機能するスイッチングミラーを個別に準備し、これらを接着層２０５にて接着する構成を例示したが、これに代えて、図１１に示すように、接着層を持たない構成が考えられる。この構成の生成方法としては、たとえば、Ｐ偏光用液晶層をＰ偏光にて定着させた液晶素子上に、Ｓ偏光用液晶層を生成しＳ偏光にて定着する方法を用いることができる。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成例を示す図 実施の形態に係るスイッチングミラーの構成を説明する図 実施の形態に係るスイッチングミラーの作用を説明する図 実施の形態に係るスイッチングミラーの作用を説明する図 実施の形態に係るスイッチングミラーのビーム整形効果を説明する図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の変更例を示す図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の変更例を示す図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の変更例を示す図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の変更例を示す図 実施の形態の変更例に係るスイッチングミラーの作用を説明する図 実施の形態に係るスイッチングミラーの構成の変更例を説明する図 従来例を説明する図

符号の説明

１０１ 半導体レーザ
１０４ スイッチングミラー
１０４ａ Ｐ偏光用液晶素子
１０４ｂ Ｓ偏光用液晶素子
１０５ ミラー
１０６ λ／４板
１０８ 対物レンズ
１０９ 対物レンズ
１２０ 半導体レーザ（赤外波長）
１２２ 半導体レーザ（赤色波長）
１２４ 半導体レーザ（青色波長）
１２６ ダイクロプリズム
１２７ ダイクロプリズム
１３０ ＨＭ／ＰＢＳ素子

Claims (6)

1. プラスチック材料から成る第１の対物レンズと、
   前記第１の対物レンズの光軸に対して４５°よりも大きい角度にて傾斜した状態で前記第１の対物レンズの光軸上に配置されるとともに、前記第１の対物レンズの光軸に対して垂直な第１の方向からレーザ光が入射され、電圧の印加および非印加に応じて前記レーザ光を透過および前記第１の対物レンズの光軸に平行な第２の方向に反射するBragg回折型
   液晶素子と、
   前記第１の対物レンズに対して前記第１の方向に離間するとともにその光軸が前記第１の対物レンズの光軸と平行となるように配置されたガラス材料から成る第２の対物レンズと、
   前記Bragg回折型液晶素子を透過したレーザ光を前記第２の対物レンズに導く光学素子
   を備え、
   前記Bragg回折型液晶素子に入射する際のビーム形状の短軸方向が前記第２の方向に平
   行となるよう調整されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
   前記光学素子は、前記第２の対物レンズの光軸に対して４５°傾斜した状態で前記第２の対物レンズの光軸上に配置されるとともに、前記Bragg回折型液晶素子を透過したレー
   ザ光を前記第２の方向に反射するミラーである、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１または２に記載の光ピックアップ装置において、
   波長の異なる数種のレーザ光を出射する光源と、
   前記光源からのレーザ光を前記Bragg回折型液晶素子に入射させる光学系を備え、
   前記Bragg回折型液晶素子は、入射された数種のレーザ光のうち所定のレーザ光に対し
   て回折による反射作用を発現するよう構成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項３に記載の光ピックアップ装置において、
   前記光源は、波長の異なる数種のレーザ光をそれぞれ出射する複数の半導体レーザを備え、
   前記光学系は、これら半導体レーザからそれぞれ出射されるレーザ光の光路を一つに纏めて前記Bragg回折型液晶素子に入射させる光路調整素子を有する、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記Bragg回折型液晶素子は、反射後のビーム形状が略真円となるような角度にて前記
   第１の対物レンズの光軸に対して傾斜して配置されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記第１の対物レンズと前記Bragg回折型液晶素子の間にλ／４板が配され、
   前記Bragg回折型液晶素子は、
   前記λ／４板によって直線偏光方向が回転される前の前記レーザ光に対して回折による反射作用を発現する第１のBragg回折型液晶素子と、
   前記λ／４板によって直線偏光方向が回転された後の前記レーザ光に対して回折による反射作用を発現する第２のBragg回折型液晶素子を備える、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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