JP4207550B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ヘッド装置に関し、特に異なる３つの波長を用いて光ディスクなどの光記録媒体の記録および／または再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクであるＤＶＤは、同じく光ディスクであるＣＤに比べデジタル情報が高密度で記録されており、ＤＶＤを再生するための光ヘッド装置は、光源の波長をＣＤの７８０ｎｍよりも短い６５０ｎｍとしたり、また対物レンズの開口数（以下、ＮＡと称す）をＣＤの０．４５または０．５よりも大きい０．６または０．６５にして光ディスク面上に集光するスポット径を小さくしている。
【０００３】
さらに、次世代の光記録においては光源の波長を４００ｎｍ前後で、ＮＡを０．６以上とすることで、より高記録密度を得ることが提案されている（以下、高記録密度をＨＤと称す）。しかし、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が原因で、光ディスク面が光軸に対して直角より傾くチルトの許容量や光ディスクの厚さムラの許容量が小さくなる。これら許容量が小さくなる理由は、光ディスクのチルトの場合にはコマ収差が発生することにより、光ディスクの厚さムラの場合には球面収差が発生するために、光ヘッド装置の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難になることによる。高密度記録において、光ディスクのチルトや厚さムラに対処して光ヘッド装置の許容量を拡げるためにいくつかの方式が提案されている。
【０００４】
一つの方式として、通常光ディスクの接線方向と半径方向との２軸方向に移動する対物レンズのアクチュエータに、検出されたチルト角に応じて対物レンズを傾けるように傾斜用の軸を追加する方式がある。しかし、この追加軸方式では球面収差は補正できないことや、アクチュエータの構造が複雑になるなどの問題がある。
【０００５】
また別の方式として、対物レンズと光源との間に備えた位相補正素子により波面収差を補正する方式がある。この補正方式では、アクチュエータに大幅な改造を施すことなく光ヘッド装置に素子を組み入れるだけで光ディスクのチルトの許容量や厚さムラの許容量を拡げることができる。
【０００６】
例えば、位相補正素子を用いて光ディスクのチルトを補正する上記の補正方式は特開平１０−２０２６３に記載がある。これは、位相補正素子を構成している液晶などの複屈折性材料を挟持している一対の基板のそれぞれに、電極が分割されて形成された分割電極に電圧を印加して、複屈折性材料の実質的な屈折率を光ディスクのチルト角に応じて変化させ、この屈折率の変化により発生した透過光の波面変化により、光ディスクのチルトで発生したコマ収差を補正する方式である。
【０００７】
さらに、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤの光ディスクでは、それぞれディスク厚および使用波長が異なることにより、いずれか一種類のディスク厚に対して設計された対物レンズを用いると他のディスク厚に対して、大きな球面収差が発生することによりピット情報の記録・再生ができない問題点があった。同一の対物レンズを用いて異なる光ディスクの情報の記録・再生を行う場合に発生する球面収差を低減するために、種々の方式が提案されている。その中で基板に光学多層膜をドーナツ状にパターニングし、例えば２波長の光のうち一方の波長の光は透過させ同時に他方の波長の光は反射させてＮＡを切り替える開口制限素子が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１４３３０３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の開口制限素子と液晶位相補正素子とを組み合わせて用いる場合、それぞれを個別部品で構成する、液晶位相補正素子の基板上に光学多層膜をパターニングし開口制限と一体化する、など考えられる。しかし、前者では重量が重くなる、コストアップに繋がるなど問題があり、後者はコストアップに繋がる問題があった。これは、２波長の光を使用する場合でも、３波長の光を使用する場合でも同じである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光源と、光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズと、光記録媒体に集光され反射された出射光を受光する光検出器と、光源と光記録媒体との間の光路中に配置された液晶素子とを備え、３つの異なる波長λ _１ 、λ _２ 、λ _３ （λ _１ ＜λ _２ ＜λ _３ ）の出射光を用いる光ヘッド装置において、前記液晶素子は２枚の透明基板間に液晶が挟持されてなり、一方の透明基板の表面における、波長λ _３ の出射光に対する開口数により決まる領域の周辺部には、波長λ _３ の出射光の波面収差を補正するために光軸を中心とする同心円状の電極が形成されているとともに、前記開口数によって決まる領域の内部にさらに波長λ _３ の出射光の波面収差を補正するための電極が形成されており、かつ他方の透明基板の表面には波長λ _１ および波長λ _２ の出射光の波面収差を補正するための電極が形成されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
さらに、前記液晶素子が位相板と一体化されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、少なくとも２つの異なる波長の出射光を用いて情報の記録および／または再生を行う光ヘッド装置に関しており、本光ヘッド装置では、光源と、光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズと、光記録媒体に集光され反射された出射光を受光する光検出器と、光源と光記録媒体との間の光路中に配置された液晶素子とを備えている。
【００１４】
本発明における、液晶素子は２枚の透明基板間に液晶が挟持されており、一方の透明基板の表面における、２つ以上の波長のうち最大波長の出射光に対する開口数により決まる領域の周辺部には、光軸を中心とする同心円状の透明電極が形成されていて最大波長の出射光の波面収差が補正される。この同心円は光軸と透明基板の電極が形成されている面との交点を中心としている。そしてこの同心円状の電極への電圧の印加により、最大波長の出射光に位相差を与えて最大波長の出射光の波面収差とくに球面収差を低減する効果を有する。また、最大波長の出射光に対する開口制限素子の役目を果たす。２つ以上の波長の出射光とは、ＤＶＤとＣＤ光ディスクを使用する場合は２つの波長となり、ＨＤ、ＤＶＤおよびＣＤ光ディスクを使用する場合は３つの波長となる。
【００１５】
以下、図面に基づいて、詳細に説明する。図１は本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念的断面図である。本例は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤなどの光ディスクに情報の記録および／または再生する光ディスク装置に関する。本光ヘッド装置は光源である発振波長の異なる半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ（例えば、１ＡはＨＤ用半導体レーザ、１ＢはＤＶＤ用半導体レーザ、１ＣはＣＤ用半導体レーザ）、ビームスプリッタ２、合波プリズム３、７、コリメートレンズ４、光ディスク６、光検出器８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、ホログラム素子９Ｂ、９Ｃ、および対物レンズ５を搭載したアクチュエータ１０１を有する。
【００１６】
さらに、半導体レーザ１Ａ、１Ｂまたは１Ｃからの出射光の波面を変化させる液晶素子１０を配置した。この液晶素子１０は、液晶が２枚の透明基板間に挟まれており、透明基板の表面には液晶に電圧を印加するための電極を有している。
【００１７】
図２に示す液晶素子の構造について説明する。透明基板であるガラス基板２１Ａ、２１Ｂがシール材２２により接着され液晶セルを形成している。ガラス基板２１Ａの内側表面には、内側表面側から電極２４Ａ、シリカなどを主成分とする絶縁膜２５、配向膜２６がこの順に、またガラス基板２１Ｂの内側表面には、内側表面側から電極２４Ｂ、絶縁膜２５、配向膜２６がこの順に被膜されている。
【００１８】
電極２４Ａは電極引出部２７が設けられている。液晶セル内部には液晶が充填され液晶層２３とされており、図２に示した液晶分子２８は、一方向に配向されたホモジニアス配向の状態にある。この液晶素子の、光ヘッド装置における収差補正機能について図２に基づき説明する。
【００１９】
液晶層中の液晶分子の配向方向と入射光の偏光方向が一致した場合に、液晶層に電圧を印加することで実効的な屈折率が変化し、光の偏光状態をほとんど変化させずに、光の波面を変化させることができる。このことで出射光は、液晶素子を透過するときに偏光状態をほとんど変化させることなく、液晶層に電圧を印加することで光の波面を変化させることができる。
【００２０】
したがって、いま３つ光が用いられるとし波長をλ_１、λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）とすると、液晶素子の一方の透明基板の表面における、波長λ_３の開口数によって決まる領域の内部にも、外部の同心円状の電極に加えさらに波面収差を補正するための電極が形成されており、かつ他方の透明基板の表面には波長λ_１および波長λ_２の出射光の波面収差を補正するための電極が形成されていることが好ましい。
【００２１】
すなわち、液晶層２３を挟む２の透明基板のうち他方の透明基板には、例えばＨＤ（波長λ_１を使用）またはＤＶＤ（波長λ_２を使用）用光ディスク基板の厚み偏差や多層光ディスクの再生、あるいは波長の違いにより発生する球面収差の補正用に分割された例えば図３に示すような電極を設ける。
【００２２】
また、一方の基板には、ＣＤ（波長λ_３を使用）用の光ディスク基板の厚み補正用およびＮＡにより決められる領域外に配置した電極により収差を低減させるために、例えば図４に示すような電極を設ける。それぞれの波長の光ディスクを再生または記録する場合には、光検出器により得られた収差信号を補正するように、それぞれの電極に電圧を印加する。使用しない側の面の電極は同一の電圧とする。
【００２３】
ＮＡにより決められる領域外の同心円状の透明電極５０、５１、５２に関してはここでは３つとしているが、１つ以上であればいくつでもよい。しかし、８つ程度が作製の容易さ、さらには効果の点からも好ましい。なお球面収差の補正用にはＮＡにより決められる領域内を図５に示すような分割された電極（同心円は分割線を表す）を設けることにより補正してもよい。
【００２４】
また、光ディスクの傾斜（チルト）により発生するコマ収差の補正用に分割された図６に示す電極（図中の線は分割線を示す）を、図３または図４に示す電極との組み合わせで設けてもよい。また、図３および図４の電極では、連続的な電圧分布を発生させるために、ＮＡ２により決められる領域内部では、基板の表面に薄膜の電極４０を形成し、所望の電圧分布となるようにこの分割しない電極４０上に、それぞれの収差に対処できる形状の複数の給電部材３０、３１、３２を設ける。６０は給電部材用の引出配線である。そして、それぞれの給電部材に適切な電圧を印加することで、給電部材間の電極面内での電圧降下を利用し、給電部材間の電極面内に連続的な電圧分布を発生させ収差を補正させてもよい。さらに、ＣＤのＮＡにより決められる領域外の透明電極５０、５１、５２についても上記連続的な電圧分布としてもよい。
【００２５】
また、前記液晶素子が位相板と一体化されている光ヘッド装置とすることが好ましい。すなわち、液晶素子に例えば４分の１波長板などの位相板を積層することで部品点数を減らすことができる。さらに、対物レンズを搭載したアクチュエータに液晶素子を搭載することで、トラッキング時に対物レンズと液晶素子とが一体に動き、この２つ部品の位置ズレによる収差補正性能の劣化を抑制できる。
【００２６】
液晶素子に使用する液晶材料は、ディスプレイ用途などに用いられるネマティック液晶などが好ましく、カイラル剤の添加によりツイストさせてもよい。
また、使用する透明基板の材料としては、ガラス、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂などが使用できるが、耐久性などの点からガラスの透明基板が好ましい。
【００２７】
４分の１波長板としては、４分の３波長板や、４分の５波長板などの４分の１波長の奇数倍の位相差をもつものを使用してもよい。また、４分の１波長板の材料としては、水晶やＬｉＮｂＯ_３のような複屈折性単結晶を用いてもよいし、高分子液晶、ポリカーボネートなどの有機物膜を用いてもよい。
【００２８】
光検出器から得られる光ディスクの、例えば再生信号の強度が最適となるように、図１に示す液晶素子１０に向けて制御電圧発生手段である液晶素子制御回路により電圧が出力される。液晶素子制御回路より出力される電圧は、光ディスクの厚み偏差量、チルト量、液晶素子と対物レンズの位置ずれなどに応じた電圧であり、液晶素子の電極に印加する実質的に変化する電圧となる。
【００２９】
【実施例】
本実施例の光ヘッド装置は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ディスクの互換機能を有する。ＨＤおよびＤＶＤ光ディスクはＮＡが０．６５、ＣＤ光ディスクはＮＡが０．５０で使用される。波長はＨＤ光ディスクがλ_１＝４０５ｎｍ、ＤＶＤ光ディスクがλ_２＝６６０ｎｍ、ＣＤ光ディスクがλ_３＝７８０ｎｍを使用した。また、対物レンズはＨＤの一層光ディスクに最適化したものを用いた。
【００３０】
したがってＨＤの二層光ディスク再生または記録の場合、ＤＶＤ光ディスクの再生または記録の場合、ＣＤ光ディスクの再生または記録の場合には、球面収差が発生して信号読みとり精度が低下する。その収差を補正するために図２に示した位相補正用液晶素子を光ヘッド装置に組み込んだ。
【００３１】
なお光ディスクの基板厚はＨＤ／ＤＶＤは０．６ｍｍでＣＤは１．２ｍｍであり、ＨＤ光ディスクの一層と二層間距離は４０μｍ離れたものを使用した。この位相補正用液晶素子（図２を参照）は、半導体レーザからの出射光の波面を変化させるように、液晶分子２８の配向方向が、液晶層２３を透過するときの出射光の偏光方向に平行とした。
【００３２】
この液晶層２３は図２に示すように、シール材２２で囲み、配向膜２６、中間膜２５、透明電極膜２４Ａ、２４Ｂおよびガラス基板２１Ａ、２１Ｂではさみ込む構成とした。本実施例では液晶層を挟む２枚の透明基板であるガラス基板としては、液晶層に電圧を印加できるようにＨＤおよびＤＶＤ光ディスク用として図３に示す、球面収差補正用の連続的な電圧分布を発生させる電極を上面のガラス基板２１Ｂに形成し、ＣＤ用の球面収差補正電極として図７に示す電極を下面のガラス基板２１Ａに形成した。
【００３３】
また、素子小型化を目的として液晶素子１０の対物レンズ側にはＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ディスク用の広帯域４分の１波長板を積層した。ＨＤ二層光ディスクまたはＤＶＤ光ディスクの記録および再生をする場合には、ガラス基板２１Ａへ印加する図７に示す信号Ａ〜Ｄはゼロ電位とし、光検出器より得られる収差信号より発生する収差を補正するように、ガラス基板２１Ｂの図３に示す信号１〜４の電極に最適な交流電圧を加えることにより良好な記録および再生特性を得ることができた。また波長λ_３＝７８０ｎｍ用の開口制限素子を組み込む必要がないため、装置の小型軽量化を図ることができた。
【００３４】
さらに、ＣＤ光ディスクの記録および再生を行う場合には、ガラス基板２１Ｂの図３に示す信号１〜４はゼロ電位とし、得られる収差信号により発生する収差を補正する最適な交流電圧をガラス基板２１Ａの電極信号Ａ〜Ｄ（図７）に加えることにより良好な記録および再生特性を得ることができた。なお、図７の同心円状電極の外径Ｄ１〜６の値は表１に示す値とし、図７の信号Ｄの電圧は信号Ｃと同じ電圧、信号Ａの電圧は信号ＣおよびＤの電圧により発生する位相差よりも０．３６６μｍ大きな位相差が発生する電圧を加えた。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の異なる２波長以上の光（例えばＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用では３波長）で再生または記録する互換光ヘッド装置において、その収差を低減させるために組み込んだ液晶素子にＨＤ／ＤＶＤ光ディスク用の収差補正機能、およびＣＤ光ディスク用収差補正機能を組み合わせて一体化することにより良好な再生または記録特性が得られ、さらに装置を小型化できた。また、ＣＤ光ディスクの収差補正機能に関しては、開口数により決定される領域の周辺部に形成された光軸を中心とする同心円状の電極により収差を低減する位相差を発生させることにより収差補正機能を付与し、別の開口制限素子を組み込む必要がなくなり、装置の小型軽量化およびコスト低減が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念的断面図。
【図２】液晶素子の構成の一例を示す概念的断面図。
【図３】ＨＤ／ＤＶＤ光ディスクの収差を補正する、本発明における液晶素子に形成された電極および給電部材パターンを示す模式的平面図。
【図４】ＣＤ光ディスクの収差を低減する、本発明における液晶素子に形成された電極および給電部材パターンを示す模式的平面図。
【図５】球面収差を補正する本発明における液晶素子に形成された分割電極パターンを示す模式的平面図。
【図６】コマ収差を補正する本発明における液晶素子の電極分割パターンを示す模式的平面図。
【図７】ＣＤ光ディスクの収差を低減する、本発明における液晶素子に形成された電極および給電部材パターンを示す模式的平面図。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：半導体レーザ
２：ビームスプリッタ
３、７：合波プリズム
４：コリメートレンズ
５：対物レンズ
６：光ディスク
８、８Ａ、８Ｂ：光検出器
９、９Ｂ、９Ｃ：ホログラム素子
１０：液晶素子
２１、２１Ａ、２１Ｂ：ガラス基板
２２：シール材
２３：液晶
２４、２４Ａ、２４Ｂ：電極
２５：絶縁膜
２６：配向膜
２８：液晶分子
３０〜３２：給電部材
４０、５０〜５３：透明電極
６０：引出配線
１０１：アクチュエータ

Claims (2)

1. 光源と、光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズと、光記録媒体に集光され反射された出射光を受光する光検出器と、光源と光記録媒体との間の光路中に配置された液晶素子とを備え、３つの異なる波長λ _１ 、λ _２ 、λ _３ （λ _１ ＜λ _２ ＜λ _３ ）の出射光を用いる光ヘッド装置において、
   前記液晶素子は２枚の透明基板間に液晶が挟持されてなり、一方の透明基板の表面における、波長λ _３ の出射光に対する開口数により決まる領域の周辺部には、波長λ _３ の出射光の波面収差を補正するために光軸を中心とする同心円状の電極が形成されているとともに、前記開口数によって決まる領域の内部にさらに波長λ _３ の出射光の波面収差を補正するための電極が形成されており、かつ他方の透明基板の表面には波長λ _１ および波長λ _２ の出射光の波面収差を補正するための電極が形成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記液晶素子が位相板と一体化されている請求項１に記載の光ヘッド装置。

Images