JP4370723B2

JP4370723B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP4370723B2
Application number: JP2001017402A
Authority: JP
Inventors: 光生大澤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: JP2002083442A

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、特に位相補正素子を搭載した光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ヘッド装置は、本発明の光ヘッド装置の構成と基本的には同じであるため、本発明の光ヘッド装置を示す図７を用いて構成を説明する。半導体レーザ１から出射した直線偏光（Ｐ偏光）のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２、コリメートレンズ３、位相補正素子４、λ／４板５の順に透過し、Ｐ偏光は円偏光に変換されて、アクチュエータ７に保持された対物レンズ６を通過して光記録媒体８上に集光される。集光されたレーザ光は、光記録媒体８に記録された光情報を含んで反射され、上記とは逆向きに進み、λ／４板５で円偏光はＰ偏光と直交する偏波面のＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２によって偏向されて、光検出器９によって光情報が読みとられる。位相補正素子４は位相補正素子制御回路１０からの出力電圧によって制御され、半導体レーザ１からのレーザ光の位相が変化させられる。
【０００３】
従来の光ヘッド装置に使用される位相補正素子４は液晶封止素子であり、通常図８および図９に示す構造を有する。液晶封止素子は、基板１０１、１０２の表面にＩＴＯ透明導電膜を加工した透明電極１０６、トランスファ部１０７を形成し、２枚の基板１０１、１０２を透明電極１０６などを形成した側を向かい合わせて両基板の外周部にシール剤１０５を塗布し、熱圧着して固定したセル構造となっている。
【０００４】
セルの内部には、注入口１０９より液晶が注入され液晶層１０８となる。シール剤１０５には所望のセルギャップを保持するためのスペーサ、および２枚（上下）の基板の電極間での導電性を得るため導電膜を表面コーティングした導電性ビーズが混入されている。液晶層は図８の基板１０１、１０２に挟持されているが非常に薄いので図８には図示されていない。
【０００５】
基板１０２上の透明電極１０６は複数個に分割された部分電極からなる。それぞれの部分電極は基板１０２の端部に設けられた電極取り出し部１０４の配線電極１０３と導電接続され、外部より電圧が供給される。電極取り出し部を有しない基板１０１側の電極への電圧の供給は、トランスファ部１０７を通じて行われる。両基板上に形成されたトランスファ部１０７が、導電性ビーズが混入されているシール剤１０５により導電接続されており、基板１０２の電極取り出し部１０４の配線電極１０３から電圧を供給できる。
【０００６】
この液晶封止素子を光ヘッド装置に搭載して、光記録媒体８である光ディスク上での集光特性を改善する。液晶封止素子は半導体レーザ１から出射するレーザ光の光路中に配置され、レーザ光が透過する液晶封止素子の有効領域中において、複数個に分割された部分電極により部分的に液晶層に電圧が印加され、印加部分の透過光の位相を変化させて光ディスク上の波面収差を補正する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
液晶封止素子は、図１０に示すように一般に基板２０１と２０２の外周部をシール剤２０３で固定した構造となっている。図１０においても、液晶層は非常に薄く、図示されていない。環境の温度変化により、液晶封止素子中の液晶層が膨張または収縮することにより液晶封止素子を構成する基板がたわみ、素子の断面形状は例えば図１１（図１０のＡ−Ａ’線断面図）、図１２（図１０のＢ−Ｂ’線断面図）に示したように変形する。ここで図１１、図１０の２０４は液晶層であり、他の符号で図１０と同じ符号は、同じ要素を示す。基板が上記のように変形したとき、液晶層の厚さは中央部で厚く外周部で薄くなり、液晶封止素子を透過する光の波面が変形して中央部に位相の遅れが生じて、発生する透過波面収差により光ディスク上での集光特性の劣化がおこる。
【０００８】
本発明は、上述の問題を解決し、広温度範囲にわたり透過波面収差の小さな液晶封止素子（位相補正素子）を搭載した、光ディスク上での光の集光特性が優れた小型かつ軽量の光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直線偏光である光を出射する半導体レーザと、出射された前記光の位相を変化させる位相補正素子と、位相が変化させられた前記光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光の前記光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、前記位相補正素子は、対向する２枚の透明基板の間に液晶層が挟持され、前記透明基板の外周部がシール剤により封止された構造を有し、前記液晶層の存在する領域で光軸から外れる位置に前記透明基板を接着するための１つ以上の接着部材が設けられていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置における、位相補正素子である液晶封止素子は、対向する２枚の透明基板の間に液晶層が挟持され、透明基板の外周部がシール剤により封止された構造を有し、液晶層のある領域で光軸から外れる位置に、すなわち液晶層と半導体レーザからの出射光（直線偏光）の光軸との交点とは異なる液晶層内の位置に、２枚の透明基板を接着するための１つ以上の接着部材が設けられている。このように液晶封止素子を構成することにより透過波面収差を小さくし、かつ環境の温度変化に伴う波面収差の変動を小さくできる。
【００１１】
本発明の光ヘッド装置における液晶封止素子は、例えば図１（（ａ）平面図、（ｂ）断面図）に示す液晶封止素子であり、液晶層５０３を外周部のシール剤５０４と液晶の注入口５０５で封止している。液晶層内の光軸５０６から離れた位置に２本の接着部材５０７を形成し、２枚の透明基板５０１と５０２とを接着する。以下基板とは透明基板のことを意味する。
【００１２】
上記の液晶封止素子の作製法を以下に述べる。まずスクリーン印刷機やディスペンサを使用し、一枚の基板５０２にシール剤として接着剤を外周部に塗布する。基板としてはガラス基板を用いてもよく、ポリカーボネートなどのプラスチック基板を用いてもよい。
接着剤は、対向する２枚の基板を接着できれば、どのような材料を用いてもよいが、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの樹脂系接着剤が、熱による硬化や光による硬化ができて、取り扱い上好ましい。接着部材も、接着剤と同じ材料を使用すればよい。
【００１３】
また、接着部材が、液晶層内の光軸から等しい距離の位置に形成されていることが、環境の温度変化に伴う波面収差の変動をさらに小さくできて好ましい。接着部材の位置および形状は、液晶セルの作製後に−４０℃から＋９０℃までの環境の温度変化に対して、透過波面収差が０．０４λ以下になるようにする。基板５０２の上に別の基板５０１を重ね、シール剤５０５および接着部材５０７である接着剤により２枚の基板をシールし接着してセル構造にし、液晶を注入し液晶層５０３としたのち注入口５０５を封止する。
【００１４】
接着部材は液晶層を封止することが目的ではないため、図１に示すように液晶層を封止している外周部のシール剤から接着部材が離れていてもよい。また本発明における他の液晶封止素子（図２）のようにシール剤と接着部材の一部が接していてもよく、さらに本発明における別の液晶封止素子（図３）のように複数形状の接着部材が複数個点在していてもよい。ここで、６０３、７０３は液晶層、６０４、７０４はシール剤、６０５、７０５は注入口、６０６、７０６は光軸、６０７、７０７は接着部材である。また、接着部材が、液晶層内の光軸を中心とする円環体を分割した２個の円弧体からなることが、環境の温度変化に伴う波面収差の変動が光軸のまわりに対称であり、球面収差を最も小さく抑制でき極めて好ましい。
【００１５】
上述のように作製された液晶封止素子は、図７に示すように、例えばコリメートレンズ３とλ／４板５との間に配置される。そしてＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの光ディスク、相変化型光ディスクおよび光磁気ディスクなどへの集光特性を改善するために、位相補正素子４である液晶封止素子へは位相補正素子制御回路１０からの電気信号が供給される。λ／４板を透過した半導体レーザ１からの直線偏光の光は、位相が変化させられ円偏光となり、対物レンズ６によって光記録媒体８上に集光される。
【００１６】
λ／４板が配置されないとき、液晶封止素子は例えばコリメートレンズ３と対物レンズ６との間に配置される。液晶封止素子を透過した半導体レーザ１からの直線偏光の光は位相は変化させられるが、直線偏光のまま対物レンズ６によって光記録媒体８上に集光される。
【００１７】
本発明における位相補正素子は、位相補正素子そのものが変形により発生する透過波面収差を広温度範囲にわたって抑制でき、光記録媒体上への集光度を高めるのに大きな効果が得られる。
【００１８】
【実施例】
「例１」
本例の光ヘッド装置に使用する液晶封止素子は、図４および図５に示すように、まず種々の電極を２枚の基板上に形成して作製した。スパッタ法によりＩＴＯ透明電極膜を厚さ３０ｎｍ成膜した、厚さ０．５３ｍｍのガラスの基板８０２および８０４に、フォトリソグラフィ法およびウエットエッチング法により電極のパターニングを施し、透明電極８０１、８０３、トランスファ部８０５および配線電極８０６を形成した。ここでは、透明電極８０３を５個の部分電極に分割した。
【００１９】
部分電極間は、それぞれ１０μｍのギャップを設けて相互の絶縁性を保った。図５では、それぞれの部分電極間の実線が１０μｍのギャップを表わしている。また、１つの部分電極を跨いで、他の部分電極と配線電極とを接続するとき、前者の部分電極と配線電極との間にも絶縁のため１０μｍのギャップを設けた。
【００２０】
次に、基板８０２と８０４の種々の電極上に厚さ約６０ｎｍのポリイミド膜をフレキソ印刷法により塗布し、焼成した。ポリイミド膜に対し布を使用したラビングによる配向処理を施した後、図６に示すように基板にスクリーン印刷法によりシール剤９０１、接着部材９０３としてエポキシ系の接着剤を印刷した。この接着部材９０３は２個の円弧状の円環体であり中心軸である光軸９０５から等距離にある。
【００２１】
シール剤９０１としてのエポキシ系の接着剤には、液晶セルのギャップを維持するための直径５μｍのファイバスペーサを３％（質量基準、以下同じ）と、基板８０２と８０４との間の導電性を得るために表面に導電性コーティングを施した直径５．５μｍのアクリル球を２％混合した。
【００２２】
基板８０２と８０４とは、図６に示すように位置合わせ後に重ねた。これらの基板を１７０℃にて、６×１０⁴Ｎ／ｍ²の圧力で圧着し液晶セルを形成した。作製した液晶セルに真空注入法により液晶を注入し液晶層９０４としたのち、注入口９０２をＵＶ接着剤にて封止して、外形寸法１０×２０ｍｍの液晶封止素子を作製した。作製した液晶封止素子の光軸を中心とした４ｍｍφの範囲内で、透過波面収差を測定したところ、−４０℃から＋９０℃までの温度範囲で０．０２５λ以下であった。
【００２３】
図７に示すように、光ヘッド装置に配されたλ／４板５とコリメートレンズ３との間に、作製された液晶封止素子を位相補正素子４として設置し、この位相補正素子４を位相補正素子制御回路１０からの出力電圧によって制御した。半導体レーザ１から出射した直線偏光（Ｐ偏光）のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２、コリメートレンズ３、位相補正素子４、λ／４板５の順に透過し、Ｐ偏光は円偏光に変換されて、アクチュエータ７に保持された対物レンズ６を通過して光記録媒体８上に集光された。集光されたレーザ光は、光記録媒体８に記録された光情報を含んで反射され、上記とは逆向きに進み、λ／４板５で円偏光はＰ偏光と直交する偏波面のＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２によって偏向されて、光検出器９によって光情報が読みとられた。
この相補正素子を搭載した光ヘッド装置は、光ディスク上での光の集光特性が優れ、読みとった光情報はジッター特性の良好なものであった。
【００２４】
「例２」
本例の光ヘッド装置に用いられた液晶封止素子は、例１と同様な方法で作製したが、例１と異なる点は、図４および図５に示す基板８０２、８０４の厚さを０．４ｍｍ、ファイバスペーサの直径およびアクリル球の直径を、それぞれ９μｍおよび９．５μｍとしたことである。作製した液晶封止素子の光軸を中心とした４ｍｍφの範囲内で、透過波面収差を測定したところ、−４０℃から＋９０℃までの温度範囲で０．０２５λ以下であった。
【００２５】
図７に示した光ヘッド装置において、本例ではλ／４板５を使用せず、また偏光ビームスプリッタ２の代わりに、同じ場所に非偏光ビームスプリッタを配置し、コリメートレンズ３と対物レンズとの間に上記の液晶封止素子を位相補正素子４として設置した。位相補正素子制御回路１０からの出力電圧によって、この位相補正素子４を制御したところ、光ヘッド装置は光記録媒体８である光ディスク上での光の集光特性が優れ、読みとった光情報はジッター特性の良好なものであった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド装置に搭載される位相補正素子（液晶封止素子）において、シール剤で囲まれた液晶層の光軸から外れる位置に、２枚の透明基板を接着するための１つ以上の接着部材を設けることにより、位相補正素子の透過波面収差を小さくし、かつ環境の温度変化に伴う波面収差の変動も小さく抑制できる。したがって、透過波面収差が小さくなるため、この素子を組み込んだ光ヘッド装置は、光の集光特性が向上し光情報のジッター特性が向上して、高密度で情報の記録・再生ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における液晶封止素子の１例を示す図で、（ａ）平面図、（ｂ）断面図。
【図２】本発明における液晶封止素子の他の例を示す平面図。
【図３】本発明における液晶封止素子の別の例を示す平面図。
【図４】実施例の液晶封止素子を構成する一方の基板に形成された透明電極のパターン図。
【図５】図４の透明電極のパターンと合わせる他方の基板に形成された透明電極のパターン図。
【図６】図４と図５との透明電極のパターンを組み合わせて構成された液晶封止素子の平面図。
【図７】本発明の光ヘッド装置の１例を示す概念図。
【図８】従来の液晶封止素子の１例を示す斜視図。
【図９】従来の液晶封止素子の１例を示す平面図。
【図１０】従来の液晶封止素子の他の例を示す斜視図。
【図１１】図１０の液晶封止素子のＡ−Ａ’線断面図。
【図１２】図１０の液晶封止素子のＢ−Ｂ’線断面図。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
４：位相補正素子（液晶封止素子）
６：対物レンズ
８：光記録媒体
９：光検出器
８０１、８０３：透明電極
５０１、５０２：（透明）基板
５０４、６０４、７０４、９０１：シール剤
５０７、６０７、７０７、９０３：接着部材
５０３、６０３、７０３、９０４：液晶層
５０６、６０６、７０６、９０５：光軸
５０５、６０５、７０５、９０２：注入口

Claims

直線偏光である光を出射する半導体レーザと、出射された前記光の位相を変化させる位相補正素子と、位相が変化させられた前記光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光の前記光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、
前記位相補正素子は、対向する２枚の透明基板の間に液晶層が挟持され、前記透明基板の外周部がシール剤により封止された構造を有し、前記液晶層の存在する領域で光軸から外れる位置に前記透明基板を接着するための１つ以上の接着部材が設けられていることを特徴とする光ヘッド装置。
前記接着部材が、前記液晶層内の光軸から等しい距離の位置に形成されている請求項１に記載の光ヘッド装置。
前記接着部材が、前記液晶層内の光軸を中心とする円環体を分割した２個の円弧体を有する請求項２に記載の光ヘッド装置。