(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの出射光を透過させて出射光の波面を変化させることができる位相変調素子と、位相変調素子を透過した出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器と、位相変調素子に波面を変化させるための電圧を供給する位相変調素子制御装置とを備える、光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置において、
位相変調素子は、液晶層を挟持する一対の透明基板を備え、それぞれの透明基板の液晶層に対向する面には液晶層に電圧を印加するための電極が形成されており、少なくとも一方の基板に形成された電極は、電圧印加時に液晶層を透過する出射光の一部を回折するように回折格子状にパターニングされており、
位相変調素子制御装置は、光記録媒体上へ集光する０次回折光の光量を情報の記録時と情報の再生時とで異ならせるように液晶層に電圧を供給するものであって、
前記位相変調素子は、前記光源から前記光記録媒体に向かう前記出射光の往路と前記光記録媒体から前記光検出器に向かう復路とが共有する光路中に設置され、往路と復路とで前記位相変調素子に入射する前記出射光の偏光方向がそれぞれ直交するものであることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記位相変調素子により回折された０次回折光以外の回折光が、前記光検出器に入射しないかまたは入射しても実質的に信号として使用されない請求項１記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関し、特に位相変調素子を搭載した光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクなどの光記録媒体によって光学的な情報の記録および再生を行う光ヘッド装置は、光記録媒体に光源からの出射光を対物レンズによって集光させて、情報の記録および再生を行っている。
【０００３】
記録時と再生時とで光記録媒体への入射光量の最適値が異なるときなど、良好な記録と再生特性を得るために記録時と再生時とで光記録媒体に入射する光の強度を切り替えることが必要な場合がある。ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどの光記録媒体の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た光量を、情報の記録時には大きく、また情報の再生時には小さくする必要がある。その方法として、光源からの出射光の強度を直接切り替えることが考えられる。しかし、一般的に光源として使用されている半導体レーザでは、注入電流を変化させ出射光量を変化させている場合が多いので、使用する半導体レーザによっては、出射光量を小さくするため注入電流を少なくした場合、ノイズが大きくなることや出射光量が不安定になるなどの問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光源として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ることのできる、光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源と、光源からの出射光を透過させて出射光の波面を変化させることができる位相変調素子と、位相変調素子を透過した出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器と、位相変調素子に波面を変化させるための電圧を供給する位相変調素子制御装置とを備える、光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置において、位相変調素子は、液晶層を挟持する一対の透明基板を備え、それぞれの透明基板の液晶層に対向する面には液晶層に電圧を印加するための電極が形成されており、少なくとも一方の基板に形成された電極は、電圧印加時に液晶層を透過する出射光の一部を回折するように回折格子状にパターニングされており、位相変調素子制御装置は、光記録媒体上へ集光する０次回折光の光量を情報の記録時と情報の再生時とで異ならせるように液晶層に電圧を供給するものであって、前記位相変調素子は、前記光源から前記光記録媒体に向かう前記出射光の往路と前記光記録媒体から前記光検出器に向かう復路とが共有する光路中に設置され、往路と復路とで前記位相変調素子に入射する前記出射光の偏光方向がそれぞれ直交す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。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、光記録媒体に対して光を集光して入射することにより、光記録媒体の情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関するものである。
光記録媒体とは、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＷＲなどのＣＤ系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスクなどを意味し、以下これらを「光ディスク」という。
【０００７】
図１に示した本発明の光ヘッド装置の一例において、光源である半導体レーザ１２１からの出射光はコリメートレンズ１２３により平行光となり、位相変調素子１２４を透過後、４分の１波長板１２５を透過し、アクチュエータ１２７に設置された対物レンズ１２６により光ディスク１２８上に集光される。ここで、位相変調素子１２４を構成している一対の基板はともに透明である。
【０００８】
集光された光は光ディスク１２８により反射され、対物レンズ１２６、４分の１波長板１２５、位相変調素子１２４、コリメートレンズ１２３を順次先程とは逆方向に透過した後、図１では省略したがホログラム回折格子や偏光性ビームスプリッタにより光路を変え光検出器１２９に入射する。半導体レーザ１２１からの出射光が光ディスク１２８により反射されるとき、光ディスク１２８の面上に記録された情報により反射光は振幅変調され、光検出器１２９により光強度信号として記録情報を読み取ることができる。
【０００９】
また、同様にして半導体レーザ１２１からの出射光が対物レンズ１２６により光ディスク１２８上に集光されることにより、光ディスク１２８を構成する材料の例えば反射率を変化させて、情報を記録できる。
本発明の光ヘッド装置に搭載された位相変調素子は、一対の透明基板、例えばガラス基板の注入口部を除いた周辺部をシール材によりシールしてセルを形成し、このセル中に注入口より液晶を注入し、液晶分子を配向させ、最後に注入口を封止して作製する。
【００１０】
液晶層を挟持している一対の基板は、それぞれ基板の内側の面（液晶層に対向する面）に、電圧を印加して液晶分子を電圧の方向に配向させるための電極が形成されており、電圧の大きさに応じて液晶層の実質的屈折率の大きさを連続的に変化できる。
【００１１】
電圧を印加して、挟持された液晶層の実質的屈折率に空間的な周期的変化を発生させる回折格子状のパターニングを有する電極が、少なくとも一方の透明基板に形成されている。例えば一方のパターニングを有する電極と他方のパターニングのない一様な電極との間に電圧を印加して、液晶層を透過する光を回折させることができ、回折効率の大きさは印加電圧の大きさに応じて変化する。このとき透過光の波面は周期的な屈折率変化により変調されている。上記において、パターニングを有する電極は一方の透明基板上に形成されるとしたが、両方の透明基板に回折格子状の電極を、それぞれの透明基板の格子が互いに平行となるように形成してもよい。
【００１２】
上記のように位相変調素子１２４は、透過光の波面に空間的な周期的変調（変化）を行うことができるので回折格子として作用する。したがって、半導体レーザ１２１の出射光は光ディスク１２８に到達するまでに、これらの間に置かれた位相変調素子により出射光の一部が回折され、直進光である０次回折光の光量を出射光そのものの光量より減少させ光ディスクに到達させることができる。
【００１３】
光ディスクに情報を記録する場合には、位相変調素子１２４の０次回折光が最大となるよう、位相変調素子１２４に向けて位相変調素子制御装置である位相変調素子制御回路１３０から電圧が出力される。このときの、電圧はゼロのときもある。また、再生時には光検出器１２９より得られる光ディスク１２８の再生信号強度が最適となるように、半導体レーザ１２１からの出射光が位相変調素子１２４により回折されて０次回折光が減少するよう、位相変調素子制御回路１３０から電圧が出力される。位相変調素子制御回路１３０より出力される電圧は、位相変調素子１２４の電極に印加する実質的に変化する電圧である。
【００１４】
また位相変調素子は、光源から光記録媒体に向かう出射光の往路と光記録媒体から光検出器に向かう復路のうち、往路のみの光路中に設置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、半導体レーザから出射して光ディスクに入射する光のみが通過し、かつ光ディスクで反射後光検出器に入射する光が通過しない位置に設置するのが好ましい。このように構成することにより、光ディスクによる反射後、光検出器に入射する光の光量を減少させることがない。
【００１５】
また、位相変調素子は、光源から光記録媒体に向かう出射光の往路のみに設置されるのではなく往路と光記録媒体から光検出器に向かう復路とが共有する光路中に設置され、往路と復路とで位相変調素子に入射する出射光の偏光方向がそれぞれ直交する光ヘッド装置とすることも好ましい。すなわち、半導体レーザから出射して光ディスクに入射する光と、光ディスクで反射後光検出器に入射する光とがともに通過する、例えばコリメートレンズと対物レンズとの間の光路中に、位相変調素子と４分の１波長板とを設置する光ヘッド装置とすることが好ましい。このとき、半導体レーザから出射する直線偏光の向きを、位相変調素子が最大の回折効率を与える向きに設置する。
【００１６】
このように構成することにより、半導体レーザから光ディスクに向かう直線偏光は位相変調素子により一部が回折されて０次回折光は減少し、この０次回折光は４分の１波長板を透過して円偏光となった後、情報の再生に最適な強度の光として光ディスク上に集光される。
【００１７】
さらに、光ディスクで反射した光は再度４分の１波長板を往路と逆向きに透過し、円偏光から往路の偏光方向とは９０°回転した偏光方向をもつ直線偏光として位相変調素子に入射する。この入射光を、位相変調素子は液晶層の複屈折性により回折しないので、入射光は減衰することなく位相変調素子を通過し光検出器に入射する結果、ノイズの少ない良好な再生信号を得ることができる。とくに、半導体レーザと光検出器とが一体化され、光が往路と復路で同じ光路を通過する構造の光ヘッド装置であっても、効率的に光記録媒体上に集光させる光量を変化させることができるので好ましい。
【００１８】
また、位相変調素子により回折された０次回折光以外の回折光が、光検出器に入射しないかまたは入射しても実質的に信号として使用されない光ヘッド装置とすることが好ましい。ここで、位相変調素子による０次回折光以外の回折光とは、１）往路で位相変調素子により回折された、さらに光記録媒体により反射された０次回折光以外の回折光で復路において位相変調素子により回折されたもの、および、２）往路で０次回折光として入射し光記録媒体により反射された後、復路において位相変調素子により回折された回折光、の両者を意味する。このように構成することにより、光ヘッド装置はノイズを拾うことなく、良好な記録および再生特性を有する装置となる。
【００１９】
【実施例】
本例の光ヘッド装置における位相変調素子の平面図を図２に、側面図を図３に示す。位相変調素子は、透明基板である２枚のガラス基板４０１、４０２とガラス基板４０２上に形成された電極端子４１１、４１２、４１３、シール材４０３、４０４、液晶層４０５などから構成される。ガラス基板４０１、４０２は各々厚さ０．５ｍｍであり、電極端子４１１はガラス基板４０１表面のうちガラス基板４０２に対向する面に形成した、一様な液晶層電圧印加用の電極（図５において示す）と導電接続されている。
【００２０】
一方のガラス基板４０２表面のうちガラス基板４０１に対向する面には、スパッタ法によりＩＴＯ膜を厚さ１５ｎｍ成膜し、ウェットエッチング法で図４に示すように回折格子状で櫛型にパターニングし、さらに、電極端子４１１、４１２、４１３を形成した。電極端子４１２および４１３に繋がる櫛形の電極はパターン幅１０μｍ、パターン間隔２μｍであり、それぞれの櫛歯が交互に並ぶように形成した。他方のガラス基板４０１表面のうちガラス基板４０２に対向する面には、図５に示すように分割されていない一様な液晶層電圧印加用の電極と、この電極に導電接続された電極端子４１４を形成した。
【００２１】
ガラス基板４０１、４０２の液晶層電圧印加用および櫛形の電極部分の全表面に厚さ５０ｎｍのポリイミド膜を成膜し、その後ポリイミド膜をドライエッチング法で液晶層電圧印加用および櫛形の電極部分の形状にほぼ合わせて成形した。電極端子４１１、４１２、４１３および４１４にはポリイミド膜を成膜しなかった。
【００２２】
ガラス基板４０１、４０２のポリイミド膜を形成した面を布によりラビング配向処理した後、ガラス基板４０１の周縁部に液晶注入口となる部分を除いてエポキシ樹脂製のシール材（図３の４０３と４０４）をスクリーン印刷した。シール材には直径５μｍのファイバスペーサと直径５.５μｍの導電コーティングしたアクリル球を混合してある。導電コーティングしたアクリル球は、ガラス基板４０２上の電極端子４１１のポリイミドに覆われていない部分と、ガラス基板４０１上の電極端子４１４のポリイミドに覆われていない部分とを導電接続させる機能を有する。これにより、ガラス基板４０２上の電極４１１に供給された電圧がシール材を介してガラス基板４０１上の電極端子４１４に印加できるようにした。
【００２３】
ガラス基板４０１と４０２を、大気圧に加えて６×１０-4Ｐａの圧力で押しながら１７０℃で加熱してシール材を硬化させた後、注入口（図示せず）より液晶を注入、注入口をＵＶ硬化型接着剤にて封止した。２枚のガラス基板４０１、４０２の外側の表面には、真空蒸着法により無反射コーティングを施した。
【００２４】
このようにして作製した位相変調素子を、図１に示す光ヘッド装置の位相変調素子１２４として設置した。この配置により、半導体レーザからの出射光を出射光量に対して１０％から９５％までの間で変化させ、良好な記録および再生特性を得た。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド装置は光記録媒体の情報の記録時と再生時とにおいて、位相変調素子を透過する０次回折光の光量を変化させて、光源からの出射光量自体を変化させることなく、光記録媒体に入射する光量を異ならせることができる。さらに、本発明の光ヘッド装置は、位相変調素子を透過する０次回折光の光量を連続的に変化させることにより、光記録媒体に入射する光量を連続的に変化させることができる。
【００２６】
また、４分の１波長板と位相変調素子とを組み合わせることにより、光記録媒体の情報の記録時と再生時とで光記録媒体に入射する光量を変化できることに加え、光量が変化するのは光記録媒体に入射するときのみで、光記録媒体からの反射光の光量を減衰させることがないため、良好な再生特性を有した光ヘッド装置が得られる。
【００２７】
さらに、位相変調素子により発生する０次回折光以外の回折光を使用しないことにより、ノイズが少なく良好な記録、再生特性有する光ヘッド装置が得られる。
【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の概念図。
【図２】実施例における位相変調素子を示す平面図。
【図３】図２の位相変調素子の側面図。
【図４】実施例おける位相変調素子を構成する一方のガラス基板を示す平面図。
【図５】実施例おける位相変調素子を構成する他方のガラス基板を示す平面図。
【符号の説明】
１２１：半導体レーザ
１２３：コリメートレンズ
１２４：位相変調素子
１２５：４分の１波長板
１２６：対物レンズ
１２７：アクチュエータ
１２８：光ディスク
１２９：光検出器
４０１、４０２：ガラス基板
４１１、４１２、４１３、４１４：電極端子
【図１】
0004453213.tif 000002
【図２】
0004453213.tif 000003
【図３】
0004453213.tif 000004
【図４】
0004453213.tif 000005
【図５】
0004453213.tif 000006