JP4626026B2

JP4626026B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP4626026B2
Application number: JP2000229373A
Authority: JP
Inventors: 真弘村川; 健彦西山; 好晴大井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2002040253A

Description

【０００１】
本発明は、光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置において、光源である半導体レーザからの出射光はレンズにより光記録媒体上に集光され、光記録媒体で反射し戻り光となる。この戻り光はビームスプリッタを用いて光検出器である受光素子へ導かれ、光記録媒体上の情報が電気信号に変換される。
【０００３】
同一の光ヘッド装置で、規格の異なる光記録媒体であるＣＤおよびＤＶＤ光ディスクの情報の記録・再生のため、ＣＤ／ＤＶＤ互換光ヘッド装置が製品化されている。光記録媒体の記録層として光の反射・吸収に対して波長依存性の高い媒質を用いる、ＣＤ−Ｒなどの再生を前提とした光ディスクにおいては、ＣＤに用いる半導体レーザは７９０ｎｍ波長帯のものである。このとき、ＤＶＤ用には６６０ｎｍ波長帯の半導体レーザが用いられている。
【０００４】
また、光ヘッド装置において、光利用効率を向上させるため偏光ビームスプリッタなどの、光学特性が入射光の偏光状態に依存した光学部品が用いられる場合があり、さらに記録・再生の性能を向上させるため光ディスクのトラック方向に対して、一定の角度をなす偏波面の直線偏光を集光させる場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ＣＤ系またはＤＶＤ系用のいずれかの波長帯の光に対し所望のリタデーション値を有する位相子によって、偏波面を回転させた２つの直線偏光を用いてそれぞれＣＤ系とＤＶＤ系の両光ディスクへ情報の記録・再生を行う場合、一方の光ディスクに対しては良好な特性を示すが、他方に対しては良好な特性を示さない。
【０００６】
具体的には、例えばＤＶＤ系用の波長帯の光に対して１／２波長板として機能する位相子を用いたとき、ＤＶＤ系用の波長帯の直線偏光は偏波面を所望の値だけ回転させ透過するが、ＣＤ系の波長帯の直線偏光に対して１／２波長板として機能せず、出射光は直線偏光でなく楕円偏光となる。また、逆にＣＤ系用の波長帯の光に対して１／２波長板として機能する位相子は、ＤＶＤ系の波長帯の光に対して１／２波長板として機能しない。
【０００７】
光ディスクに好ましくない複屈折分布が存在する場合、光ディスクからの反射戻り光の強度変動は、反射戻り光が偏光ビームスプリッタにより分離されて光検出器に集光されるとき、直線偏光に比べ楕円偏光の方が大きい。したがって、上記のような位相子を用いると、光ヘッド装置において情報の記録・再生ができない問題があった。
【０００８】
そのため、ＣＤ系とＤＶＤ系の両波長帯の直線偏光に対して、位相子の透過後に偏波面の回転角が同じであり、かつ直線性を維持できる位相子として、旋光子などの光学素子が求められていた。
【０００９】
【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、ＤＶＤ系の６６０ｎｍ波長帯となる波長λ_１の直線偏光Ｐ_１とＣＤ系の７９０ｎｍ波長帯となる波長λ_２の直線偏光Ｐ_２を出射する光源と、前記直線偏光Ｐ_１および前記直線偏光Ｐ_２を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体で反射された戻り光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の、前記直線偏光Ｐ_１と前記直線偏光Ｐ_２とが共通する光路中に旋光子を備え、前記旋光子は、一方の面に配向膜を有する一対の透明基板と、配向方向が交差する前記一対の透明基板の前記配向膜に挟持された高分子液晶膜と、を有し、前記高分子液晶膜は、液晶モノマーが重合硬化された高分子液晶からなり、前記直線偏光Ｐ_１に対して異常光屈折率と常光屈折率との差Δｎが０．０５〜０．２５の値を有し、前記高分子液晶の配向方向が前記高分子液晶膜の膜面に平行でかつ膜内でらせん状に捩じれており、さらに、前記旋光子は、前記高分子液晶膜を透過する直線偏光Ｐ _１および直線偏光Ｐ _２の偏波面が、実質的に同じ角度回転できるように、λ_１＜λ＜λ_２の関係を満たす波長λに基づいて設計した旋光子である光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、前記高分子液晶膜は、前記直線偏光Ｐ _１に対してΔｎが０．１１の値を有する上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置に用いる旋光子１０１は、図１に示すように、透明基板１３Ａと１３Ｂの間に、高分子液晶膜１１を挟んだ構成を有する。また、図１では、波長λの直線偏光が旋光子１０１を透過して、その偏波面を旋光角度φだけ回転させて出射する様子も示している。旋光子１０１は以下のように作製する。
【００１２】
透明基板１３Ａおよび１３Ｂ上に配向膜用の膜を塗布し、おのおの所望の配向処理を施し配向膜１２Ａ、１２Ｂとした後、透明基板１３Ａ上の配向膜１２Ａに、複屈折性材料である液晶モノマーの溶液を塗布する。つぎに、配向膜１２Ａの配向処理方向と配向膜１２Ｂの配向処理方向とが交差するように、透明基板１３Ｂを重ねる。
【００１３】
このとき、液晶モノマーの分子方向を、配向膜１２Ａと１２Ｂの接する位置ではそれぞれの配向処理方向に合わせ、液晶層の厚さ方向に徐々に回転させて配向させる。すなわち配向膜１２Ａと１２Ｂの接する位置では交差方向に合っている。最後に、光重合用の光源光を照射することで重合硬化させて高分子液晶膜１１とする。高分子液晶の配向方向は、高分子液晶膜の膜面に平行であり、配向膜１２Ａと１２Ｂに接する位置では、それぞれの配向処理方向に一致している。したがって、高分子液晶の配向方向は高分子液晶膜１１の膜内ではらせん状に捩じれている。
【００１４】
また、高分子液晶膜１１として、異常光屈折率と常光屈折率の差Δｎが０．０５〜０．２５の値を採る。Δｎが０．０５より小さいと、高分子液晶膜の膜厚ｄが厚くなり高分子液晶の配向不良となり好ましくない。また、Δｎが０．２５より大きいと、適切なリタデーション値を得るために、膜厚ｄを１〜３μｍと薄くしなければならず、生産性が低下して好ましくない。すなわち、Δｎが０．０５〜０．２５の値であると、高分子液晶の配向性と高分子液晶膜の生産性の点から好ましい。
【００１５】
図２は、本発明の光ヘッド装置に用いる旋光子の高分子液晶膜１１に、波長λの直線偏光が入射し、その偏波面を回転させる様子を示している。図２において、高分子液晶膜１１の光入射側の高分子液晶の配向方向をα_Ａ、光出射側の配向方向をα_Ｂとするとき、入射する直線偏光の偏光方向と出射側の配向方向α_Ｂとを揃えることによって、波長λの直線偏光に対して所望の旋光特性を示し、その旋光角度φは入射側の配向方向α_Ａと出射側の配向方向α_Ｂの差｜α_Ａ−α_Ｂ｜に等しくなる。
【００１６】
また、旋光子を透過する直線偏光の直線性を維持できる、高分子液晶膜１１の膜厚ｄは、ｄ＝λ／（Δｎ・Ｅ）の関係式から決められる。ここで、係数Ｅは、図３に示すように、旋光角度φの関数として与えられ、φ＝９０°のとき、Ｅ（９０°）≒１．０、φ＝４５°のとき、Ｅ（４５°）≒２．３である。
【００１７】
さらに、本発明の光ヘッド装置に用いる旋光子としては、波長λ_１の直線偏光Ｐ_１および波長λ_２の直線偏光Ｐ_２（λ_１＜λ_２）が入射するので、上記のように旋光子を設計するときに用いた波長λを、λ_１＜λ＜λ_２とする。波長λをこのように限定することで旋光子は、前記の異なる２種の直線偏光に対し波長が異なっていても、その直線性を維持しつつ偏波面を実質的に同じ角度回転できる。ここで、実質的に同じ角度とは、２つの角度は同じである方がよいが異なっていても同程度の効果をもたらす程度のずれはこの範囲に入る。具体的には、ずれが１０°以下ならば同じ角度である。
【００１８】
また、温度変化に対して良好な透過波面収差を維持するために、透明基板としてガラス基板などの無機材料からなる光学的に平坦な基板を用いることは好ましい。また、透明基板の表面にフォトリソグラフィやエッチングなどの技術を用いて回折格子を形成して、光を回折させる機能を発現させてもよい。
【００１９】
図４の本発明の光ヘッド装置において、半導体レーザ１Ａおよび１Ｂを出射した、異なる波長の直線偏光はビームスプリッタ２および３によってそれぞれ反射後、旋光子１０１透過し、コリメートレンズ４で平行光となる。旋光子１０１透過前後で、異なる波長の直線偏光はともに偏光方向を角度φだけ回転した後、対物レンズ５によって、光ディスク６の記録面上に集光する。光ディスク６の記録面上で反射した復路光は、対物レンズ５によって、再び平行光となり、コリメートレンズ４、旋光子１０１、ビームスプリッタ３および２を経て光検出器８上に集光される。ここで、旋光子１０１を透過した復路光は、その偏光方向を往路の偏光方向に一致させる。
【００２０】
本発明の光ヘッド装置においては、本発明の旋光子を使用しているため光ディスクに残留する好ましくない複屈折分布に起因する、光ディスクからの反射信号光の強度変動を低減でき、安定した情報の記録・再生ができる。また、ランド・グルーブ構造を有する記録用光ディスクに対して、記録・再生性能が良好となる方向に偏波面を回転した直線偏光を入射できる。また、従来の水晶を用いた旋光子に比べ、入射角度に依存する旋光特性の変動が小さいので、安定した情報の記録・再生特性が得られる。
また、上記においては、旋光子１０１をビームスプリッタ３とコリメートレンズ４の間に配設したが、コリメートレンズ４と対物レンズ５の間に配設してもよい。
【００２１】
【実施例】
「例１」
本例は図１に示した旋光子１０１の具体例で、旋光角度φが４５°の旋光子である。
屈折率が１．５であるガラスの透明基板１３Ａおよび１３Ｂ上に、配向膜用のポリイミド膜を塗布しラビングによる配向処理を施して、配向膜１２Ａ、１２Ｂとした。つぎに、透明基板１３Ａ上の配向膜１２Ａに複屈折性材料である液晶モノマーの溶液を塗布し、配向膜１２Ａの配向処理方向と配向膜１２Ｂの配向処理方向とが４５°に交差するように透明基板１３Ｂを重ね、光重合用の光源光を照射することで重合硬化させて高分子液晶膜１１とし、旋光子１０１を作製した。また、高分子液晶膜１１としては、異常光屈折率と常光屈折率との差Δｎが０．１１であるものを用いて、膜厚ｄを２．７μｍとした。
【００２２】
上述のように作製した旋光子１０１は、透明基板１３Ａ側から入射する光が波長６８５ｎｍの直線偏光であり、その偏波面が配向膜１２Ｂの配向方向に平行なときにその直線性を維持しつつ、その偏波面を４５°回転させる旋光子である（図２参照）。
【００２３】
また、本例の旋光子は、ＣＤ／ＤＶＤ互換の光ヘッド装置に搭載するものであり、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光およびＤＶＤ用の波長６６０ｎｍの光に対して旋光特性を測定した。その結果、６６０ｎｍの直線偏光に対しては、偏波面の旋光角度は４６°であり、直線維持性能を楕円率であらわすと０．０４であった。一方、７９０ｎｍの直線偏光に対しては、偏波面の旋光角度は４０°であり、楕円率は０．１２であった。両波長において、良好な旋光特性と直線維持性能を示した。ここで、楕円率とは、光の偏光状態を示すパラメータの一つで、楕円偏光の電場強度の短軸成分と長軸成分との比として表され、楕円率が０であれば直線偏光、１であれば円偏光である。
【００２４】
さらに、本例で作成した複数個の旋光子１０１の透過波面収差を測定したところ、いずれの素子も波長６３３ｎｍで０．０１λ_rms（二乗平均偏差）以下の、低い値となった。この値は、従来の複屈折性を誘起したポリカーボネートなどをガラスなどで挟んだ光学素子の値０．０１５λ_rmsに比べ小さく、安定した値である。
【００２５】
「例２」
例１で作製された旋光子１０１を、図４に示すように、光ヘッド装置にコリメートレンズ４と対物レンズ５との間に設置した。ＤＶＤ系の６６０ｎｍ波長帯（λ₁）の直線偏光を発振する半導体レーザ１Ａ、およびＣＤ系の７９０ｎｍ波長帯（λ₂）の直線偏光を発振する半導体レーザ１Ｂから出射した２種の直線偏光は、旋光子１０１に透明基板１３Ａ（図１参照）側から入射した。
【００２６】
それぞれの直線偏光の偏波面が平行になるように半導体レーザ１Ａおよび１Ｂを設置した。この偏波面と旋光子１０１を構成する高分子液晶膜１１の、出射側の高分子液晶の配向方向α_Bとが平行になるように、光ヘッド装置に位相子１０１を設置した（図２参照）。
【００２７】
このように構成された光ヘッド装置において、光ディスク６に集光される６６０ｎｍ波長帯の光および７９０ｎｍ波長帯の光はともに直線偏光であり、かつその偏光方向が平行であった。その結果、従来の単一波長の直線偏光に対して４５°偏波面を回転させる１／２波長板を用いた場合に比べ、本発明の光ヘッド装置はＣＤ系およびＤＶＤ系の両光ディスクに対して、信号光の変動を低減でき、良好な情報の記録・再生特性を示した。
【００２８】
【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用いる旋光子は、一つの旋光子でＣＤ系光ディスク用およびＤＶＤ系光ディスク用の両波長帯のレーザ光に対して、その直線偏光の状態を維持しつつ、レーザ光の偏波面を同じ角度回転できる。
【００２９】
本発明の旋光子を光ヘッド装置に搭載することにより、光ディスクに残留する複屈折などの偏光依存性のある光ディスク構造に起因する信号光の変動を低減でき、光ディスクの情報再生時の読み取りエラーおよび情報記録時の書き込みエラーの極めて少ない安定した信号検出を行える光ヘッド装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置に用いる旋光子の構成の１例を示す断面図。
【図２】図１の旋光子が直線偏光の偏波面を回転させる様子を示す概念図。
【図３】係数Ｅと旋光角度φの関係を示すグラフ。
【図４】本発明の光ヘッド装置の構成を示す概念図。
【符号の説明】
１０１：旋光子
１１：高分子液晶膜
１２Ａ、１２Ｂ：配向膜
１３Ａ、１３Ｂ：透明基板
１Ａ、１Ｂ：半導体レーザ
２、３：ビームスプリッタ
４：コリメートレンズ
５：対物レンズ
６：光ディスク
８：光検出器
Ｐ_１、Ｐ_２：直線偏光
φ：旋光角度
ｄ：高分子液晶膜の膜厚
λ：入射光の波長
α_Ａ、α_Ｂ：配向方向

Claims

ＤＶＤ系の６６０ｎｍ波長帯となる波長λ_１の直線偏光Ｐ_１とＣＤ系の７９０ｎｍ波長帯となる波長λ_２の直線偏光Ｐ_２を出射する光源と、前記直線偏光Ｐ_１および前記直線偏光Ｐ_２を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体で反射された戻り光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記対物レンズとの間の、前記直線偏光Ｐ_１と前記直線偏光Ｐ_２とが共通する光路中に旋光子を備え、
前記旋光子は、一方の面に配向膜を有する一対の透明基板と、配向方向が交差する前記一対の透明基板の前記配向膜に挟持された高分子液晶膜と、を有し、
前記高分子液晶膜は、液晶モノマーが重合硬化された高分子液晶からなり、前記直線偏光Ｐ_１に対して異常光屈折率と常光屈折率との差Δｎが０．０５〜０．２５の値を有し、前記高分子液晶の配向方向が前記高分子液晶膜の膜面に平行でかつ膜内でらせん状に捩じれており、
さらに、前記旋光子は、前記高分子液晶膜を透過する直線偏光Ｐ _１および直線偏光Ｐ _２の偏波面が、実質的に同じ角度回転できるように、λ_１＜λ＜λ_２の関係を満たす波長λに基づいて設計した旋光子である光ヘッド装置。
前記高分子液晶膜は、前記直線偏光Ｐ_１に対してΔｎが０．１１の値を有する請求項１に記載の光ヘッド装置。