JP4248516B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数波長のレーザ光を光ディスクに照射する光ピックアップ装置に関する。

現在、青色レーザ光を用いる次世代ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の規格化が進められている。かかる規格化に伴い、既存のＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤの他、次世代ＤＶＤにも対応し得る互換型光ピックアップ装置の開発が必要となる。

かかる光ピックアップ装置には、青色、赤色および赤外波長のレーザ光を導くための光学系が配備される。この場合、各波長に対応した３つの半導体レーザを個別に配備するようにすることもできるが、こうすると、各波長に対してそれぞれ光学系が必要となるため、光学系が複雑化する。

これに対し、各波長のレーザ光を同時に出射し得る１つの半導体レーザを用いるようにすると、光学系を共通化できるため、光学系の簡素化が図られる。しかし、この場合には、各波長のレーザ光の光軸を整合させるための手段が別に必要となる。かかる手段として複屈折素子を用いることができるが、この場合には、複屈折素子の価格が高いため、コストの上昇を招いてしまう。また、これに代えて回折格子を用いることもできるが、回折効率の関係から、全ての波長のレーザ光の光軸を整合させようとすると、各波長のレーザ光に比較的大きなパワー減衰が生じてしまう。青色波長のレーザ光は、もともとレーザパワーが小さいため、極力、パワー減衰は避けたい。しかし、回折格子を用いると、設計上、青色波長の回折効率を１００％とすることはできない。

これに対し、青色波長用の半導体レーザと、赤色／赤外波長用の半導体レーザの２つの半導体レーザを光学系に配備する構成をとることもできる。この場合、赤色／赤外波長のレーザ光に対する光軸調整素子として回折格子を用いると、各波長のレーザ光にパワー減衰が生じる。しかし、その減衰度合いは、上記のように３つの波長のレーザ光について光軸調整を行う場合に比べ、小さいものとなる。また、赤色／赤外波長のレーザ光と青色波長のレーザ光の間の光軸調整は、これら２つの半導体レーザの配置を適宜調整することにより行えるため、青色波長のレーザ光にパワー減衰が生じることはない。したがって、このように構成した場合には、青色波長のレーザ光のパワー減衰を抑制しながら、低コストにて、光軸調整を実現することができる。

ところで、この種の互換型光ピックアップ装置では、青色／赤色波長のレーザ光に対しては無限系、赤外波長のレーザ光に対しては有限系となるよう対物レンズが設計されている場合が多い。この場合、上記のように青色波長用と赤色／赤外波長用の２つの半導体レーザを配するようにすると、赤色／赤外波長用の半導体レーザから出射されたレーザ光のうち、赤外波長のレーザ光のみ対物レンズに有限系として入射されるよう、その拡散状態を調整する必要が生じる。

なお、以下の特許文献１には、液晶層を有する偏光性位相補正素子を用いて、数種の波長のレーザ光のうち、一の波長のレーザ光の波面状態を調整し、これにより、このレーザ光に生じる球面収差を補正する技術が記載されている。この技術は、前記の構成において、赤外波長のレーザ光の拡散状態を調整するための手段として用いることができる。
特開２００３−１４９４４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、拡散状態を調整しようとするレーザ光の偏光面のみを、液晶層による屈折作用を受ける方向に設定する必要があるため、上記のように赤外波長のレーザ光のみを有限系とする場合には、赤色／赤外波長の２つのレーザ光の偏光面を互いに直交させ、このうち、赤外波長のレーザ光の偏光面を液晶層による屈折作用を受ける方向に向けながら、赤色／赤外波長のレーザ光を偏光性位相補正素子に入射させる必要がある。

しかし、こうするには、偏光性位相補正素子の他に、赤外波長のレーザ光の偏光面を適正に調整するための光学素子が必要となってしまう。あるいは、出射時の偏光面が互いに直交するよう、あらかじめ、赤色／赤外波長のレーザ素子を形成する必要がある。しかし、何れの場合にも、構成が複雑化し、コストの上昇に繋がる。

そこで、本発明は、このように青色波長用の半導体レーザと、赤色／赤外波長用の半導体レーザの２つの半導体レーザが用いられるような場合にも、簡単な構成にて円滑に、一の波長のレーザ光を対物レンズに対して有限系にて入射させ得る光ピックアップ装置を提供することを課題とする。さらに、このとき、各波長のレーザ光のパワー減衰を効果的に抑制できるようにすることをその課題とする。

上記課題に鑑み本発明は、それぞれ以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、光ピックアップ装置において、第１の波長のレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、前記第１の波長とは異なる第２および第３の波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザから出射される第１の波長のレーザ光を対物レンズに対して無限系にて導く第１の光学手段と、前記第２の半導体レーザからのレーザ光のうち前記第２の波長のレーザ光を前記対物レンズに無限系にて導くとともに前記第３の波長のレーザ光を前記対物レンズに有限系にて導く第２の光学手段とを備え、前記第２の光学手段は、電圧印加の有無に応じて屈折率が変化する液晶層と、前記屈折率の変化によって基板との間で屈折率差が生じることによりレンズ作用を発現するレンズ手段と、前記液晶層に電圧を印加するための電極とを具備する光学素子を有す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、前記レンズ手段は、前記液晶層と前記基板との間に介在するとともに、前記第３の波長のレーザ光の拡散状態を回折作用により調整するパターンを有するホログラムであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の光ピックアップ装置において、前記パターンは、前記第３の波長のレーザ光の拡散状態を回折作用により調整するとともに、前記第３の波長のレーザ光の光軸を回折作用により前記第２の波長のレーザ光の光軸に整合させるようなパターンとされていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２または３に記載の光ピックアップ装置において、前記パターンは、前記第３の波長のレーザ光に対する回折効率が略１００％となるよう設定されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２ないし４の何れかに記載の光ピックアップ装置において、前記ホログラムは、前記基板の前記液晶配置側の面上に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子に印加する電圧を印加／非印加の何れかの状態に設定するだけで、第３の波長のレーザ光のみにレンズ作用を付与することができる。

このとき、請求項２のように、レンズ手段をホログラムにより構成すれば、レーザ光通過方向における光学素子の厚みを小さくすることができる。

また、請求項３にように、第３の波長のレーザ光の拡散状態を回折作用により調整する他、第３の波長のレーザ光の光軸を回折作用により第２の波長のレーザ光の光軸に整合させるようなパターンをホログラムに持たせるようにすれば、光学素子によって、光軸補正も同時に行うことができる。

このとき、請求項４のように、ホログラムのパターンを第３の波長のレーザ光に対する回折効率が略１００％となるよう設定すれば、第２／第３何れの波長のレーザ光に対してもパワー減衰を引き起こすことなく、第３の波長のレーザ光の拡散状態の調整と光軸補正を実現することができる。

また、請求項５のようにホログラムを基板の液晶配置側の面上に形成すれば、光学素子の厚みの削減と構成の簡素化を図ることができる。

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、青色／赤色／赤外のレーザ光を出射する光ピックアップ装置に本発明を適用したものである。

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。なお、同図に示す再生回路３０、サーボ回路４０、液晶回路５０は、便宜上、ドライブ側の構成を示したものである。

光ピックアップ装置は、赤／赤外マルチレーザ１０と、赤外用ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１１と、コリメータレンズ１２と、液晶回折レンズ１３と、青色反射用ダイクロプリズム１４と、青用レーザ１５と、コリメータレンズ１６と、青／赤用ＰＢＳ（波長選択性の偏光ビームスプリッタ）１７と、立ち上げミラー１８と、λ／４板１９と、対物レンズ２０と、対物レンズアクチュエータ２１と、集光レンズ２２と、青／赤用光センサ２３と、集光レンズ２４と、赤外用光センサ２５を備えている。

赤／赤外マルチレーザ１０から出射された赤／赤外波長のレーザ光は、赤外用ＰＢＳ１１を透過した後、コリメータレンズ１２にて平行光に変換され、液晶回折レンズ１３に入射される。液晶回折レンズ１３は、赤外波長のレーザ光が記録／再生用として用いられる場合にのみ液晶回路５０から駆動信号が印加され、赤外波長のレーザ光の拡散状態を調整する。すなわち、赤外波長のレーザ光は、液晶回折レンズ１３透過時に拡散作用を受けて、対物レンズ２０に対し、設計値どおりの有限系の状態にて入射される。他方、赤色波長のレーザ光は、液晶回折レンズ１３による拡散作用を受けずに、平行光のまま対物レンズ２０に無限系にて入射される。なお、液晶回折レンズ１３の構成および拡散作用については、追って詳述する。

液晶回折レンズ１３を透過した赤／赤外波長のレーザ光は青色反射用ダイクロプリズム１４を透過する。青用レーザ１５から出射された青色波長のレーザ光は、コリメータレンズ１６にて平行光に変換された後、青色反射用ダイクロプリズム１４によって反射される。このようにして青色反射用ダイクロプリズム１４を通った青／赤・赤外波長のレーザ光は、青／赤用ＰＢＳ１７を透過し、立ち上げミラー１８によって反射される。そして、λ／４板１９によって円偏光に変換された後、対物レンズ２０によってディスク上に収束される。

なお、対物レンズ２０は、青／赤波長のレーザ光は無限系にて、赤外波長のレーザ光は有限系にて入射されるよう設計されている。

ディスクから反射された各波長のレーザ光は、λ／４板１９によって、ディスク入射時の偏光面に対し直交する直線偏光に変換された後、ディスク入射時の光路を逆行し、青／赤用ＰＢＳ１７に入射される。これらレーザ光のうち、青／赤波長のレーザ光は、青／赤用ＰＢＳ１７によって反射され、集光レンズ２２によって青／赤用光センサ２３上に収束される。青／赤用光センサ２３は、再生ＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号を生成するためのセンサーパターンを有している。各センサーパターンからの信号は、再生回路３０およびサーボ回路４０に供給され処理される。

青／赤用ＰＢＳ１７に入射されたレーザ光のうち、赤外波長のレーザ光は、青／赤用ＰＢＳ１７を透過した後、青色反射用ダイクロプリズム１４を透過し、液晶回折レンズ１３に入射される。このとき、赤外波長のレーザ光は、ディスク入射時の偏光面に対し直交する直線偏光に変換されているため、液晶回折レンズ１３を透過する際には拡散作用を受けず、平行光のまま、コリメータレンズ１２に入射される。

液晶回折レンズ１３を透過した赤外波長のレーザ光は、コリメータレンズ１２によって収束された後、赤外用ＰＢＳ１１によって反射され、集光レンズ２４によって赤外用光センサ２５上に収束される。赤外用光センサ２５は、再生ＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号を生成するためのセンサーパターンを有している。各センサーパターンからの信号は、再生回路３０およびサーボ回路４０に供給され処理される。

再生回路３０は、青／赤用光センサ２３および赤外用光センサ２５から入力されるセンサ信号をもとに再生ＲＦ信号を生成する。そして、これを処理して再生データを生成し、後段回路に出力する。

サーボ回路４０は、青／赤用光センサ２３および赤外用光センサ２５から入力されるセンサ信号をもとに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生成する。そして、これを処理してフォーカスサーボ信号およびトラッキングサーボ信号を生成し、対物レンズアクチュエータ２１に出力する。

液晶回路５０は、ドライブ側のコントローラ（図示せず）から入力されるＣＤ切り替え信号に応じて液晶回折レンズ１３に駆動信号（駆動電圧）を印加する。

図２に液晶回折レンズ１３の構成を示す。同図は液晶回折レンズ１３を側面から見たときのものである。なお、レーザ光は、ガラス基板１３１、１３８の表面に垂直に入射する。

液晶回折レンズ１３は、ガラス基板１３１と、電極１３３と、配向膜１３４と、液晶層１３５と、配向膜１３６と、電極１３７と、ガラス基板１３８と、シール材１３９から構成されている。

ガラス基板１３１の上面には、断面鋸歯状のホログラム面１３２（後述）が形成され、その上に、電極１３３と配向膜１３４が積層されている。一方、ガラス基板１３８の下面は平坦となっており、この面に電極１３７と配向膜１３６が積層されている。配向膜１３４と配向膜１３６の間には液晶が充填されており、シール材１３９によってシールされている。

赤／赤外波長のレーザ光がガラス基板１３１、１３８の表面に垂直に入射するとき、その偏光面に対する液晶層１３５の屈折率は、電極１３３、１３７に電圧を印加しない状態では、ガラス基板１３１、１３８の屈折率と同じとなっている。この場合、液晶層１３５と、ガラス基板１３１、１３８との間には屈折率における境界が生じないため、レーザ光はホログラム面１３２による回折作用を受けない。

一方、電極１３３、１３７に電圧を印加すると、液晶層１３５中の液晶分子の配向状態が変化し、その結果、入射レーザ光の偏光面に対する液晶層１３５の屈折率が変化する。これにより、液晶層１３５と、ガラス基板１３１、１３８との間に屈折率における境界が生じ、レーザ光はホログラム面１３２による回折作用を受けるようになる。

図３は、液晶層１３５における屈折率の変化作用を説明する図である。なお、便宜上、ホログラム面は図示省略してある。

電極間に電圧を印加しない状態では、同図（ａ）に示す如く、レーザ光の偏光方向と液晶分子の配向方向が一致している。この場合、レーザ光の偏光面に対する液晶層の屈折率は、液晶分子の長軸の屈折率ｎｅとなる。これに対し、電極間に電圧を印加すると、同図（ｂ）に示す如く、液晶分子の配向方向がレーザ光の偏光方向に対し直交する方向を向くようになる。この場合、レーザ光の偏光面に対する液晶層の屈折率は、液晶分子の短軸の屈折率ｎｏとなる。

ここで、液晶分子の長軸屈折率ｎｅをガラス基板１３１、１３８の屈折率ｎｓに一致させておけば、電極間１３３、１３７に電圧を印加した場合のみ液晶層１３５の屈折率をガラス基板１３１、１３８の屈折率と相違させることができる。よって、電圧の非印加時には、レーザ光にホログラム面による回折作用を及ぼさず、電圧の印加時にのみ、レーザ光にホログラム面による回折作用を及ぼすようにすることができる。

なお、液晶分子の短軸屈折率ｎｏをガラス基板１３１、１３８の屈折率ｎｓに一致させておけば、電極間１３３、１３７に電圧を印加しない場合のみ液晶層１３５の屈折率をガラス基板１３１、１３８の屈折率と相違させることができる。よって、この場合には、電圧の印加時には、レーザ光にホログラム面による回折作用が及ぼされず、電圧を印加したときにのみ、レーザ光にホログラム面による回折作用を及ぼすようにすることができる。

図４は、ホログラム面１３２のパターン例を示すものである。

同図（ａ）は、レーザ光に一様な拡散作用のみを及ぼす場合のホログラムパターンの設計例である。

同図のホログラムパターンは、同図上段に示す位相伝達関数のＹの項、Ｘの２乗の項およびＹの２乗の項の係数にそれぞれ０、０．０１２５および０．０１２５を代入し、その他の項の係数を全て０として設計したときのものである。なお、上記の如く、ホログラム面は断面鋸歯状となっており、そのブレーズ高は１５．７μｍとして設計されている。

同図（ｂ）は、レーザ光に一様な拡散作用と軸補正作用を及ぼす場合のホログラムパターンの設計例である。

同図のホログラムパターンは、同図上段に示す位相伝達関数のＹの項、Ｘの２乗の項およびＹの２乗の項の係数にそれぞれ０．００６９、０．０１２５および０．０１２５を代入し、その他の項の係数を全て０として設計したときのものである。なお、上記の如く、ホログラム面は断面鋸歯状となっており、そのブレーズ高は、同図（ａ）の場合と同様、１５．７μｍとして設計されている。

図４（ａ）のホログラム面を図２に示すガラス基板１３１表面に形成し、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）に対するガラス基板１３１、１３８の屈折率と液晶層１３５の屈折率（電圧印加時）を同図下段の表の下側のように設定すると、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）のレーザ光（１次回折光）は、このホログラムパターンによって焦点距離−４０ｍｍにて拡散する。この場合、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）に対するホログラム面の回折効率は、同図下段の表の下側に示すように１００％となり、赤外波長のレーザ光はパワー減衰を受けない。よって、赤外波長のレーザ光を用いる場合には、上記の如く電極１３３、１３７間に電圧を印加し、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）に対する液晶層１３５の屈折率を同図下段の表の下側ように変化させることにより、赤外波長のレーザ光にパワー減衰を与えることなく、所望の拡散度合いにて拡散させることができる。

なお、この場合、電極１３３、１３７間に電圧を印加しなければ、赤色波長（λ＝６５５ｎｍ）に対するガラス基板１３１、１３８の屈折率と液晶層１３５の屈折率は同図下段の表の上側のように等しい値を持つ。この場合、赤色波長のレーザ光は、ホログラム面によって回折作用を受けないため、パワー減衰が生じることはない（０次光回折効率＝１００％）。よって、赤色波長のレーザ光を用いる場合には、電極１３３、１３７間に電圧を印加せずに、赤色波長（λ＝６５５ｎｍ）に対する液晶層１３５の屈折率を同図下段の表の上側のようにガラス基板１３１、１３８の屈折率と等しくすることにより、赤外波長のレーザ光にパワー減衰を与えることなく、平行光のまま、液晶回折レンズ１３を透過させることができる。

図４（ｂ）のホログラム面を図２に示すガラス基板１３１表面に形成し、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）に対するガラス基板１３１、１３８の屈折率と液晶層１３５の屈折率（電圧印加時）を同図下段の表の下側のように設定すると、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）のレーザ光（１次回折光）は、このホログラムパターンによって焦点距離−４０ｍｍにて拡散し、進行方向が０．４°だけ傾けられる。したがって、かかるホログラムパターンを有する液晶回折レンズ１３を図５のように配置すると、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）のレーザ光（１次回折光）に対し、拡散作用とともに光軸補正作用を同時に及ぼすことができる。

この場合、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）に対するホログラム面の回折効率は、同図下段の表の下側に示すように１００％となり、赤外波長のレーザ光はパワー減衰を受けない。よって、赤外波長のレーザ光を用いる場合には、上記の如く電極１３３、１３７間に電圧を印加し、赤外波長（λ＝７８５ｎｍ）に対する液晶層１３５の屈折率を同図下段の表の下側のように変化させることにより、赤外波長のレーザ光にパワー減衰を与えることなく、所望の拡散度合いにて拡散させることができ、さらに、図５に示す如く、赤外波長のレーザ光の光軸を赤色波長のレーザ光の光軸に整合させることができる。

なお、この場合、電極１３３、１３７間に電圧を印加しなければ、赤色波長（λ＝６５５ｎｍ）に対するガラス基板１３１、１３８の屈折率と液晶層１３５の屈折率は同図下段の表の上側のように等しい値を持つ。この場合、赤色波長のレーザ光は、ホログラム面によって回折作用を受けないため、パワー減衰が生じることはない（０次光回折効率＝１００％）。よって、赤色波長のレーザ光を用いる場合には、電極１３３、１３７間に電圧を印加せずに、赤色波長（λ＝６５５ｎｍ）に対する液晶層１３５の屈折率を同図下段の表の上側のようにガラス基板１３１、１３８の屈折率と等しくすることにより、赤外波長のレーザ光にパワー減衰を与えることなく、平行光のまま、液晶回折レンズ１３を透過させることができる。

以上、本実施の形態によれば、液晶回折レンズ１３に対する駆動電圧の印加状態を制御するのみで、赤外波長のレーザ光のみを選択的に、対物レンズに対して有限系にて入射させることができる。また、このとき、液晶回折レンズ１３によって、赤／赤外何れの波長のレーザ光も減衰を受けることはなく、これらレーザ光を高パワーのままディスク上に導くことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能なものである。

たとえば、上記実施の形態では、ホログラム面によってレンズを拡散させるようにしたが、ガラス基板１３１上にレンズ面を形成し、これにより、赤外波長のレーザ光に拡散作用を付与するようにしても良い。ただし、この場合には、液晶回折レンズ１３の厚みが大きくなるとのデメリットがある。また、図４（ｂ）に示すホログラムパターンのように光軸調整作用を同時に付与することはできない。

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を示す図 実施の形態に係る液晶回折レンズの構成を示す図 実施の形態に係る液晶回折レンズの作用を説明する図 実施の形態に係るホログラムのパターン例を示す図 実施の形態に係る光軸補正作用を説明する図

符号の説明

１０ 赤／赤外マルチレーザ
１２ コリメータレンズ
１３ 液晶回折レンズ
１５ 青用レーザ
１６ コリメータレンズ
２０ 対物レンズ

Claims (3)

1. 第１の波長のレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、
   前記第１の波長とは異なる第２および第３の波長のレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、
   前記第１の半導体レーザから出射される第１の波長のレーザ光を対物レンズに対して無限系にて導く第１の光学手段と、
   前記第２の半導体レーザからのレーザ光のうち前記第２の波長のレーザ光を前記対物レンズに無限系にて導くとともに前記第３の波長のレーザ光を前記対物レンズに有限系にて導く第２の光学手段とを備え、
   前記第２の光学手段は、電圧印加の有無に応じて屈折率が変化する液晶層と、前記屈折率の変化によって基板との間で屈折率差が生じることによりレンズ作用を発現するレンズ手段と、前記液晶層に電圧を印加するための電極とを具備する光学素子を有し、
   前記レンズ手段は、前記液晶層と前記基板との間に介在するとともに、前記第３の波長のレーザ光の拡散状態を回折作用により調整するパターンを有するホログラムであり、
   前記パターンは、前記第３の波長のレーザ光の拡散状態を回折作用により調整するとともに、前記第３の波長のレーザ光の光軸を回折作用により前記第２の波長のレーザ光の光軸に整合させるようなパターンとされている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１において、
   前記パターンは、前記第３の波長のレーザ光に対する回折効率が１００％となるよう設定されている、
   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において、
   前記ホログラムは、前記基板の前記液晶配置側の面上に形成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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