(57)【要約】【課題】光源からの出射光の出力を変えずに、光記録媒体上の光量を変化させることができ、光記録媒体の情報の記録および再生の特性の優れた光ヘッド装置を得る。【解決手段】２枚の透明基板の対向する面に透明電極が形成され、透明電極間には液晶層が挟持され、液晶分子の方向が液晶層の厚さ方向の回りに螺旋状に捩じれている液晶素子３が、光源１と対物レンズ５の間に配置され、さらに液晶素子３と光記録媒体７の間に、入射した光が出射する際に光記録媒体に向け出射する光量を入射光の偏光方向によって変化させる偏光子４が配置され、液晶層に任意の電圧が印加できるよう、透明電極に電圧制御装置１１が接続されている光ヘッド装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光手段と、集光された出射光の光記録媒体からの反射光を検出する光検出器を備える光ヘッド装置において、
光源と集光手段との間の光路中に液晶素子が配置され、液晶素子は２枚の透明基板の対向するそれぞれの面に透明電極が形成され、さらに透明電極間には液晶層が挟持され、液晶分子の方向が液晶層の厚さ方向の軸の回りに螺旋状に捩じれていて、
液晶素子の透明電極には、液晶層に電圧が印加できるように電圧制御装置が接続されており、液晶素子と光記録媒体との間の光路中に偏光子が配置され、
この偏光子は、偏光子に入射した光が出射する際に光記録媒体に向けて出射する光量を入射光の偏光方向によって変化させるものであることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記液晶層とこれに接する２枚の前記透明基板との境界面における液晶分子のそれぞれの配向方向のうちの１つが、前記液晶素子に入射する光の偏光方向に平行であるかまたは直交している請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記液晶層とこれに接する２枚の前記透明基板との境界面における液晶分子のそれぞれの２つの配向方向がなす角度を２等分する方向が、前記液晶素子に入射する光の偏光方向に平行であるかまたは直交している請求項１記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ヘッド装置に関し、特に光記録媒体による情報の記録および再生のために使用する光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの光記録媒体による情報の記録および再生を行う光ヘッド装置においては、対物レンズなどにより光記録媒体上に集光される光量は、情報の記録時には大きく、情報の再生時には小さくする必要がある。従来、この必要性を満たすため、光を出射する半導体レーザへの注入電流を変化させて半導体レーザからの出射光量を変化させていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、使用する半導体レーザによっては、出射光量を減少させるため注入電流を小さくしたとき、ノイズが増加したり、出射光量が不安定になるなどの問題があった。
本発明は、使用する半導体レーザの出射光量を変化させずに、光記録媒体上に集光させる光量を変化させ、情報の記録および再生特性の優れた光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光するための集光手段と、集光された出射光の光記録媒体からの反射光を検出する光検出器を備える光ヘッド装置において、光源と集光手段との間の光路中に液晶素子が配置され、液晶素子は２枚の透明基板の対向するそれぞれの面に透明電極が形成され、さらに透明電極間には液晶層が挟持され、液晶分子の方向が液晶層の厚さ方向の軸の回りに螺旋状に捩じれていて、液晶素子の透明電極には、液晶層に電圧が印加できるように電圧制御装置が接続されており、液晶素子と光記録媒体との間の光路中に偏光子が配置され、この偏光子は、偏光子に入射した光が出射する際に光記録媒体に向けて出射する光量を入射光の偏光方向によって変化させるものであることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【０００５】
また、前記液晶層とこれに接する２枚の前記透明基板との境界面における液晶分子のそれぞれの配向方向のうちの１つが、前記液晶素子に入射する光の偏光方向に平行であるかまたは直交している上記の光ヘッド装置を提供する。
【０００６】
さらに、前記液晶層とこれに接する２枚の前記透明基板との境界面における液晶分子のそれぞれの２つの配向方向がなす角度を２等分する方向が、前記液晶素子に入射する光の偏光方向に平行であるかまたは直交している上記の光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては液晶素子を構成する２枚の透明基板間に、液晶分子を螺旋状に捩じって配向させたツイステッドネマチック液晶を配した液晶素子と、偏光子とを組み合わせて光ヘッド装置に配設する。この配設時に、液晶素子を偏光子に対して光源側に配置する。このように構成することにより、液晶素子に形成された電極に電圧を印加するだけで、光源である半導体レーザの出射光の出力を変化させずに、光記録媒体上における光の光量を変化させることができ、光記録媒体の情報の記録および再生の特性の優れた光ヘッド装置を得ることができる。特に再生時の特性が優れ低ノイズでの再生ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に本発明の光ヘッド装置の一例を示す。半導体レーザ１より出射された光はコリメートレンズ２により平行光とされ液晶素子３を透過する。電圧制御装置１１を用いて液晶素子３には外部から電圧を印加できる。液晶素子３を透過した光は、偏光子４を透過する。偏光子４は、偏光子に入射した光が出射する際に、光記録媒体に向けて出射する光量を入射光の偏光方向によって変化させるものであり、偏光ビームスプリッタ、プリズムまたはワイヤグレーティングを含む回折格子などを用いることができる。図１の例では、偏光子として偏光ビームスプリッタを用いた。また、偏光子４を液晶素子３の集光レンズ５側の透明基板に貼り付け一体化できる。
偏光子４を透過した光は、λ／４板８を透過後、アクチュエータ６に搭載された集光レンズ５により光記録媒体７上に集光される。
【０００９】
光記録媒体７で反射された光は上記の光路を逆に進む。図１の例では、偏光子４として偏光ビームスプリッタを用いているので、光路を逆に進む光は偏光子４により反射された後、集光レンズ９により集光されて光検出器１０に到達する。このとき、液晶素子３に（実際には、液晶素子を構成する透明基板の表面に形成された透明電極に）複数の異なる電圧を印加することにより、液晶素子３を透過した光の偏光方向を変化させ、偏光子４を通過して光記録媒体に集光する光量を変えることができる。
【００１０】
光記録媒体の情報の再生のために光記録媒体上に集光される光量Ｐ１の光記録媒体の情報の記録のために集光される光量Ｐ２に対する比は、０．２〜０．８の範囲の値とするのがよいが、さらに０．５〜０．８の範囲の値とすることが好ましい。この光量比であると、光記録媒体への情報の記録時には光量を１００％にして充分に情報の記録ができ、一方再生時には光量を記録時の光量に対して２０〜８０％の範囲の値とし、さらに５０％〜８０％の範囲の値とすると、光記録媒体に情報を書き込むことなくＳ／Ｎを大きく取りながら情報の読みとりができるので好ましい。
【００１１】
本発明の光ヘッド装置においては、半導体レーザ１より出射された光は、偏光子４を透過することによって光量が変化するため、往路においては光は偏光子４を通過する前に液晶素子３を通過する必要がある。すなわち、液晶素子３は偏光子４に対して、光路上半導体レーザ１側（光源側）に配置する必要がある。
【００１２】
図２に一例を示す本発明における液晶素子は、例えばプラスチック、ガラスなどの透明基板１０１、１０２表面上に液晶層１０８への電圧印加用のＩＴＯなどの透明電極１０３、１０４とポリイミドなどの配向膜１０５、１０６を施す。液晶素子の外周部をアクリル樹脂やエポキシなどのシール材１０７でシールしセルを形成後、液晶を封入して液晶素子を作成する。使用する液晶は、例えばツイステッドネマティック液晶である。液晶分子のプレチルト角には特に制約はないが、０度から１５度程度までが好ましく、液晶の応答速度、温度特性などの観点から２度から５度までが特に好ましい。
【００１３】
この液晶素子を図２の平面図（透明基板１０１から透明基板１０２の方向に見た図）である図３を用いて説明する。液晶素子はシール材２０５（１０７）によって透明基板の周辺部がシールされ、液晶が注入されて液晶層２０４（１０８）が形成された後、ＵＶ接着剤２０３により注入口が封止されて作成される。また、この液晶素子は電極端子取り出し部２０６を介して、外部から液晶層に電圧を印加できるようになっている。
【００１４】
２枚の透明基板１０１、１０２と液晶層２０４との境界面上での液晶分子の配向方向２０１、２０２は上記のプレチルト角だけ傾いているが透明基板面にほぼ平行で、かつ図３に示すように互いにある角度をなしている。このため、液晶素子に封入された液晶分子１０９の長軸方向は透明基板１０１と１０２との間で液晶層２０４の厚み方向の軸の回りに、連続的に捩じれた構造を取る。捩じれの角度には特に制限はないが、電圧により設定する光量が大きな温度依存性を有しないように、また早い応答速度特性が得られるように、２０〜４５度の範囲の値が好ましい。
【００１５】
液晶素子３への入射光の偏光方向、液晶素子を構成する各透明基板上（透明基板と液晶層との境界面）での液晶分子の配向方向および偏光子の透過軸方向の関係に特に制限はないが、一方の透明基板上での液晶分子の配向方向が、液晶素子３への入射光の偏光方向と平行または直交であるとき、電圧により設定する光量が大きな温度依存性を示さないので極めて好ましい。
【００１６】
例えば、液晶素子３への入射光の偏光方向と、液晶素子の半導体レーザ側の透明基板上の液晶分子配向方向とを一致させ平行にして配置する。液晶素子の２枚の透明基板間で液晶分子の配向方向は基板面に平行に例えば４５度捩じられている。液晶のレタデーション値を調整し、液晶層に電圧を印加しないとき、液晶素子を透過した光の偏光方向が入射偏光方向に対して４５度回転するようにする。
【００１７】
偏光子の透過軸（入射光の偏光方向が一致したときに最大の透過率を与える軸）方向を半導体レーザの偏光方向と一致させておく。液晶素子に電圧を印加するとき、液晶分子の配向方向は電界方向に揃うため、液晶素子を透過した半導体レーザからの光は偏光方向を変えずに透過し、この光は偏光方向が一致しているため、そのまま偏光子を通過し光を１００％透過できる。
【００１８】
また電圧を印加しないとき、液晶素子を透過する半導体レーザからの光は捩じれた液晶により偏光方向を変えるため、偏光子の透過軸方向からずれ、偏光子を透過する光量は減少する。したがって、液晶素子への印加電圧の大きさを調整することにより、半導体レーザの出力を変化させずに偏光子を透過する光の光量を調整できる。
【００１９】
また、各透明基板上での液晶分子のそれぞれの２つの配向方向のなす角度を２等分する方向が、液晶素子３への入射光の偏光方向と平行または直交であるとき、液晶層への印加電圧に対する変調光量の応答性が改善され、さらに低電圧駆動ができて極めて好ましい。
【００２０】
液晶素子に印加する電圧と光記録媒体に集光する光量の関係に関して詳述する。図９は本発明における液晶素子の印加電圧に対する光記録媒体上光強度を、温度をパラメータとして示したグラフであり、極小値電圧ＶＬで光強度は極小値を示し、ＶＬより高い電圧では光強度は単調に増加する。
【００２１】
まず、光記録媒体上の光強度をできるだけ大きくしたい場合には、液晶素子を通過した光の偏光方向が偏光子の透過軸方向と一致するように、できるだけ高い電圧を液晶素子に印加することが好ましい。しかし、電圧制御装置の制限から高い電圧を印加することが困難な場合には、例えば４Ｖｒｍｓから６Ｖｒｍｓ程度まで印加すれば、光強度が９０％以上得られ好ましい。
【００２２】
次に、光記録媒体上の光強度を弱めたい場合には、ＶＬ近傍の電圧を印加すればよい。しかし、液晶の温度特性により、ＶＬは液晶素子の温度により変化する。図９は０、２５、４０および７０度の各温度における電圧特性を示しており、温度が上昇するにつれて、ＶＬは低電圧側へシフトする。液晶素子を光ヘッド装置に用いる場合、温度により光強度が変化することは好ましくない。
【００２３】
光強度の温度依存性を一定にする方法として、第１にはサーミスタなどの温度検知素子により得られた温度情報に基づいて、印加電圧を調整する方法がある。この方法は、温度依存性をほぼ一定にすることができるが、温度検出手段および温度により電圧を制御する手段を付加する必要があり、コストが上昇する。
【００２４】
第２の方法は、光ヘッド装置の動作温度範囲の概ね中間温度における極小値電圧ＶＬにほぼ等しい電圧を、温度にかかわらず一定にして印加する方法である。この一定電圧の最適値は、用いる液晶材料の温度特性や液晶の捩れ角度などの素子条件により異なるが、温度範囲が３０度から４５度までのいずれかの温度における極小値電圧ＶＬの±０.３Ｖｒｍｓの範囲で決めればよい。図９に示されるように、この方法では光強度の温度依存性を完全に抑えることは困難であるが、温度調整手段を用いずに温度依存性を低く抑える方法として極めて有効である。
【００２５】
上記においては、電圧印加時に光を１００％透過するとしたが、偏光子の透過軸の方向によっては、電圧非印加時に光を１００％透過するようにもできる。
【実施例】
【００２６】
「例１」
まず液晶素子については、図４および図５（図４の液晶素子を透明基板３０１から透明基板３０２の方向に見た図）において、厚さ０．５３ｍｍのガラスの透明基板３０１および３０２に、スパッタ法によりＩＴＯからなる透明導電膜を厚さ３０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィおよびウエットエッチングによりパターニングして透明電極３０３、３０４を形成した。
【００２７】
透明基板３０１と３０２の透明電極３０３、３０４上には厚さ約５０ｎｍのポリイミド膜３０５、３０６をフレキソ印刷法により塗布し、その後焼成した。ポリイミド膜３０５、３０６に対して布によるラビングの配向処理を施した。このとき液晶分子３０９は、液晶層３０８の厚さ方向の軸の回りに捩じられており、各々の透明基板面での液晶分子の配向方向４０１、４０２が２５度の角度をなすようにした。
【００２８】
透明基板３０１にスクリーン印刷法によりエポキシ系のシール材３０７（４０５）を印刷した。エポキシ系のシール材３０７（４０５）には、所定のセルギャップを維持するための直径３μｍのファイバスペーサを３％（質量比換算。以下同じ。）、および透明基板３０１と３０２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３．５μｍのアクリル球を２％、それぞれを混合した。
【００２９】
透明基板３０１と３０２とを重ねて位置合わせした後、１７０度の温度にて、６×１０４Ｎ／ｍ２の圧力で圧着しセルを形成した。作成したセルに真空注入法により常光屈折率および異常光屈折率の差△ｎ＝０．１の液晶を注入し液晶層３０８（４０４）とし、注入口をＵＶ接着剤４０３にて封止して外形８ｍｍ×１０ｍｍ角の液晶素子を作成した。この液晶素子は、電極端子取り出し部４０６を介して、外部から液晶層に電圧を印加できる。
【００３０】
作成された液晶素子を、図１に示すように光ヘッド装置に組み込んだ。液晶素子３は、光ヘッド装置に配された偏光子４である偏光ビームスプリッタとコリメートレンズ２との間に設置され、この液晶素子は電圧制御装置１１からの出力電圧によって制御された。液晶素子への電圧非印加時において、液晶素子の半導体レーザ側透明基板上の液晶分子の配向方向と、偏光ビームスプリッタの透過軸方向は、ともに液晶素子への入射光の偏光方向と一致するように配置した。
【００３１】
半導体レーザ１からの出射光は、コリメートレンズ２、液晶素子３、偏光子４である偏光ビームスプリッタ、λ／４板８の順に透過し、アクチュエータ６に保持された集光レンズ５を透過して光記録媒体７上に集光される。集光された光は光記録媒体７により反射され、集光レンズ５、λ／４板８の順に透過し偏光方向が９０度変化された後、偏光ビームスプリッタにより反射され集光レンズ９により光検出器１０に導かれた。
【００３２】
このとき、液晶素子３に電圧を印加し光記録媒体７の位置に光検出器を配置し集光された光の光量を測定したところ、図６に示すように液晶素子に印加する電圧が０Ｖのときは７９％、電圧が５Ｖのときは９９％となり（半導体レーザからの出射光量を１００％とした）、液晶に印加する電圧により光記録媒体７に集光される光の光量を変化させることができた。
【００３３】
この光ヘッド装置を用いて、光記録媒体に情報を記録するときは、液晶素子３に電圧を５Ｖ印加し光記録媒体７に集光された光の光量を９９％とし、光記録媒体７から情報を再生するときは、半導体レーザ１の出力は変化させずに、液晶素子３に電圧を印加せず光記録媒体７に集光された光の光量を７９％とする。こうして低ノイズで情報の再生が行われた。
【００３４】
「例２」
例１に述べたものと同じ手順により、外形寸法８ｍｍ×１０ｍｍの液晶素子を作成した（図８）。ただし、上下各々の透明基板面での液晶分子の配向方向８０１と８０２とが４３度の角度をなすようにした。作成された液晶素子を、例１と同様に図１に示すように光ヘッド装置に組み込んだ。このとき、液晶素子への入射光の偏光方向８０３と偏光ビームスプリッタの透過軸方向は、ともに液晶分子の各配向方向によりなす角を２等分する方向と一致するように配置した。図８の符号で、図５と同じ符号は図８と同じ要素を示す。
【００３５】
半導体レーザ１からの出射光は、コリメートレンズ２、液晶素子３、偏光子４である偏光ビームスプリッタ、λ／４板８の順に透過し、アクチュエータ６に保持された集光レンズ５を透過して光記録媒体７上に集光される。集光された光は光記録媒体７により反射され、集光レンズ５、λ／４板８の順に透過し偏光方向が９０度変化された後、偏光ビームスプリッタにより反射され集光レンズ９により光検出器１０に導かれた。
【００３６】
液晶素子３に電圧を印加し光記録媒体７の位置に光検出器を配置し集光された光の光量を測定したところ、図９に示すように液晶素子に印加する電圧に対する光量変化が観測された。今回作製した光ヘッド装置の使用温度範囲が摂氏０度から７０度までであったため、これらの温度のほぼ中間にある摂氏４０度で光記録媒体７の位置で光量の極小値を与える電圧１．２Ｖと、飽和して最大となる４Ｖとの２つの電圧を駆動電圧とした。このため、上記第２の方法で説明したように１．２Ｖで駆動したときの低透過光量時の液晶素子の温度変動を抑えることができた。温度変動を抑えたこの結果を図１０に示す。また、今回液晶素子への入射光の偏光方向と偏光ビームスプリッタの透過軸方向を、ともに液晶分子の各配向方向がなす角を２等分する方向と一致するように配置したため、４Ｖという低電圧にてほぼ１００％の光量を得ることができた。
【００３７】
この光ヘッド装置を用いて、光記録媒体に情報を記録するときは、液晶素子３に電圧を４Ｖ印加し光記録媒体７に集光された光の光量を上げ、また光記録媒体７から情報を再生するときは、半導体レーザ１の出力は変化させずに、液晶素子３に電圧を１．２Ｖ印加し光記録媒体７に集光された光の光量をほぼ４０％に減少させ、低ノイズで情報の再生が行われた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発の光ヘッド装置では、液晶素子に形成された電極に電圧を印加するだけで、光源である半導体レーザの出射光の出力を変化させずに、光記録媒体上における光の光量を変化させることができ、光記録媒体の情報の記録および再生の特性の優れた光ヘッド装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光ヘッド装置の一例を示す概念図。
【図２】本発明における液晶素子の一例を示す側面図。
【図３】図２の液晶素子の平面図。
【図４】実施例１における液晶素子を示す側面図。
【図５】図４の液晶素子の平面図。
【図６】実施例１の光ヘッド装置における、液晶素子への印加電圧と光記録媒体上光強度との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の光ヘッド装置における、液晶素子への印加電圧と光記録媒体上光強度との関係の一例を示すグラフ。
【図８】実施例２における液晶素子を示す平面図。
【図９】実施例２おける液晶素子への印加電圧と光記録媒体上光強度との関係を温度をパラメータとして示すグラフ。
【図１０】実施例２おける温度と光記録媒体上光強度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
１：半導体レーザ
２：コリメートレンズ
３：液晶素子
４：偏光子
５：集光レンズ
６：アクチュエータ
７：光記録媒体
８：λ／４板
９：集光レンズ
１０：光検出器
１１：電圧制御装置
１０１、１０２、３０１、３０２：透明基板
１０３、１０４、３０３、３０４：透明電極
１０５、１０６：配向膜
１０７、２０５、３０７、４０５：シール材
１０８、２０４、３０８、４０４：液晶層
１０９、３０９：液晶分子
２０１、２０２、４０１、４０２、８０１、８０２：液晶分子の配向方向
３０５、３０６：ポリイミド膜
２０３、４０３：ＵＶ接着剤
２０６、４０６：電極端子取り出し部
８０３：入射光の偏光方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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