JP2008059681A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶素子の取り付けが容易で量産性に優れ、可動アクチュエータが軽量で良好な応答性が得られ、しかも液晶素子の制御を簡単に行える光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光源から投射されたレーザ光をコリメータレンズ、対物レンズを介して光ディスクのディスク面に集光させる光ピックアップ装置において、光源１ａ，１ｂからみてコリメータレンズ４の手前に、対物レンズ８からの出射光の球面収差を補正する液晶素子６を設ける。液晶素子６は、液晶を挟んで対向する一対の基板に、広域にわたって形成された単一の電極を有している。この電極に所定の電圧を印加して液晶素子６の電極領域全体の屈折率を均一に変化させ、光源１ａ，１ｂとコリメータレンズ４間の空気換算長を可変することにより、コリメータレンズ４の出射光の平行度を変化させて球面収差を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＶＤレコーダやパーソナルコンピュータ等において光ディスクの情報を読み取るために用いられる光ピックアップ装置に関する。

一般に、ＤＶＤレコーダ等に用いられる光ピックアップ装置においては、光源から投射されたレーザ光をコリメータレンズで平行光にし、コリメータレンズを透過したレーザ光を対物レンズにより光ディスクのディスク面に集光させて、ディスク面上に光スポットを形成するようにしている。この場合、対物レンズの球面収差が原因でディスク面上の光スポットがぼやけると、ディスク面で反射したレーザ光の検出精度が低下し、再生性能に悪影響を及ぼすことになる。

この球面収差を補正するための方法として、コリメータレンズを可動にしてレンズ位置を調整する方法もあるが、これによると、コリメータレンズを駆動するための機構が必要となり、構成が複雑でスペースも増加するという問題がある。そこで、このような機構を必要とせずに球面収差を補正する方法として、液晶素子を用いる方法が提案されている。

図６は、球面収差補正用の液晶素子を用いた従来の光ピックアップ装置の一例であって、光学系の概略構成図を示している。ここでは、ＣＤ（Compact Disc）とＤＶＤ（Digital Versatile Disc）とＢＤ（Blu−ray Disc；登録商標）の３種類のディスクに対応可能な、３波長互換型の光ピックアップ装置２００を例に挙げる。

図６において、５１ａはＣＤとＤＶＤ用の光源であって、波長が７８０ｎｍの赤外レーザ光および波長が６５０ｎｍの赤色レーザ光をそれぞれ投射する２個の半導体レーザを備えている。５１ｂはＢＤ用の光源であって、波長が４１０ｎｍの青色レーザ光を投射する半導体レーザを備えている。５２はビームスプリッタであって、光源５１ａからのレーザ光を透過して直進させるとともに、光源５１ｂからのレーザ光を反射して光路を９０°変更させる。５３もビームスプリッタであって、ビームスプリッタ５２を通った光を９０°の角度でコリメートレンズ５４側へ反射するとともに、コリメートレンズ５４からの光はそのまま透過させる。コリメートレンズ５４は、ビームスプリッタ５３で反射されたレーザ光を平行光に変換するレンズである。５５はコリメートレンズ５４を通った光を９０°の角度で上向きに反射するアップミラーである。

５６は球面収差補正用の液晶素子、５７は対物レンズ５８に入射するレーザ光の開口数を制限して、光ディスク６３のディスク面に所定の大きさの光スポットを形成するためのアパーチャー、５８はディスク面上にレーザ光を集光させる対物レンズである。５９は液晶素子５６、アパーチャー５７および対物レンズ５８が組み込まれた可動アクチュエータである。６０は光ディスク６３のディスク面で反射した光を各光学部品５３〜５８を介して受光する受光部である。６１は受光部６０から出力される信号を処理して所定の制御を行う制御部、６２は制御部６１からの出力に基づいて液晶素子５６を駆動する液晶駆動部である。

光源５１ａ，５１ｂから投射されたレーザ光は、ビームスプリッタ５２を介してビームスプリッタ５３で９０°反射され、コリメートレンズ５４で平行光に変換された後、アップミラー５５、液晶素子５６、アパーチャー５７および対物レンズ５８を介して、光ディスク６３のディスク面に集光され、微小な光スポットを形成する。また、光ディスク６３のディスク面で反射された反射光は、各光学部品５３〜５８を介して受光部６０で受光される。受光部６０から出力される信号は制御部６１へ与えられる。制御部６１では、受光部６０の出力信号に基づいて液晶駆動部６２を制御し、液晶駆動部６２によって後述する液晶素子５６の屈折率の制御が行われる。また、制御部６１は受光部６０の出力信号に基づいてフォーカスエラーおよびトラッキングエラーを検出し、フォーカス制御やトラッキング制御などのサーボ制御を行うが、サーボ制御系は本発明に直接関係しないので、図６では図示を省略してある。

図７は、液晶素子５６に設けられた電極パターンを示した図である。液晶素子５６は、液晶を挟んで対向する一対の基板と、各基板にそれぞれ設けられた電極とを有しており、図７では一方の基板５６ａとこれに形成された電極５６ｂが示されている。ここでは、電極５６ｂは、基板５６ａ上に同心円状に形成された３つの透明電極（便宜上ハッチングを入れてある）からなる。図示しない他方の基板５６ａにも、図７と同様の同心円状の電極５６ｂが３つ形成されている。そして、液晶駆動部６２によって、３対の各電極間に個別に電圧が印加されるようになっている。

電極間に印加される電圧に応じて、電極に挟まれた部分の液晶分子の配向方向が変わり、当該部分の屈折率が変化する。屈折率が変化すると、この部分を通過する光に光路差が生じ、この光路差に相当する位相差が発生する。そして、図７の電極パターンでは、同心円状の３領域の屈折率を独立して変化させることができる。したがって、受光部６０の出力に基づき制御部６１で検出された球面収差に応じた電圧を、液晶駆動部６２から液晶素子５６の各電極に与えて、屈折率を変化させれば、対物レンズ５８による球面収差を補正することができる。このような液晶素子の部分的な屈折率変化を利用して球面収差を補正する光ピックアップ装置は、たとえば下記の特許文献１、２に示されている。
特開２００６−１２０２９７号公報 特開平９−１２８７８５号公報

図６に示した従来の光ピックアップ装置の場合、液晶素子５６がコリメータレンズ５４と対物レンズ５８との間に設けられている。しかしながら、このようにすると、液晶素子５６を取り付ける際に、コマ収差が発生しないように、対物レンズ５８の軸と液晶素子５６の軸とを精度良く合わせる必要があり、このための工程や調整機構が必須となって製造コストが高くなるという問題がある。また、対物レンズ５８は光ディスク６３に追随して動くので、液晶素子５６を対物レンズ５８とともに可動アクチュエータ５９に組み込まねばならない。そのため、可動アクチュエータ５９の重量が大きくなって、光ピックアップの応答性（感度）が低下するという問題もある。さらに、液晶素子５６に入射するレーザ光は、コリメータレンズ５４からの平行光であることから、液晶素子５６の屈折率変化を利用して球面収差の補正を行うためには、液晶素子５６に図７のような複数の電極を設けて個別に制御を行う必要があり、制御が複雑で配線も多くなるという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであって、その目的とするところは、液晶素子の取り付けが容易で量産性に優れ、可動アクチュエータが軽量で良好な応答性が得られ、しかも液晶素子の制御を簡単に行える光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明では、レーザ光を投射する光源と、この光源から投射されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、このコリメータレンズを透過したレーザ光を光ディスクのディスク面に集光させる対物レンズと、光源と対物レンズとの間に設けられ、屈折率の変化により対物レンズから出射するレーザ光の球面収差を補正する液晶素子とを備えた光ピックアップ装置において、液晶素子は、液晶を挟んで対向する一対の基板と、各基板にそれぞれ設けられ基板の広域にわたって形成された単一の電極とを有していて、光源からみてコリメータレンズの手前に配備されている。そして、前記電極に所定の電圧を印加して液晶素子の電極領域全体の屈折率を均一に変化させ、光源とコリメータレンズ間の空気換算長を可変することにより、コリメータレンズの出射光の平行度を変化させて球面収差を補正するようにしている。

本発明においては、液晶素子の電極が基板の広域にわたって形成された単一の電極から構成されるので、電極間に電圧を印加すると液晶素子の電極領域全体の屈折率が均一に変化する。そして、液晶素子は光源からみてコリメータレンズの手前に設けられており、コリメータレンズで平行光にされる前のレーザ光が液晶素子に入射するので、液晶素子の屈折率を均一に変化させることによって、光源とコリメータレンズ間の空気換算長が変化する。この空気換算長の変化により、コリメータレンズから出射する光の平行度が変化するので、液晶素子の屈折率を可変してコリメータレンズの出射光の平行度をコントロールすることで、対物レンズによる球面収差を補正することができる。

本発明の場合、液晶素子はコリメータレンズの手前に設けられるので、従来のように液晶素子を対物レンズの手前に設けた場合のように、コマ収差発生防止のための対物レンズと液晶素子との間の高精度な軸合わせを行う必要がなく、軸合わせのための工程や調整機構が不要となる。この結果、製造コストを低減することができる。また、液晶素子を対物レンズとともに可動アクチュエータに組み込む必要がないので、液晶素子を可動アクチュエータに搭載した従来のものと比較して、可動アクチュエータの重量が軽くなり、光ピックアップの応答性（感度）が向上する。さらに、液晶素子の屈折率を均一に変化させるので、液晶素子の基板に形成される電極は、単一の電極から構成することができる。このため、従来のように複数の電極を設けて個別に屈折率の制御を行うものに比べて電極の構造が単純になり、液晶素子のコストを低減できるとともに、屈折率の制御も簡単になる。また、電極へ電圧を供給するための配線も１チャンネル分で済むので、配線数を減らして作業工数およびスペースの低減を図ることができる。

こうして、本発明によれば、液晶素子の取り付けが容易で量産性に優れ、可動アクチュエータが軽量で良好な応答性が得られ、しかも液晶素子の制御を簡単に行える光ピックアップ装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の光学系を示す概略構成図である。ここでは、ＣＤとＤＶＤとＢＤ（ブルーレイディスク）の３種類のディスクに対応可能な、３波長互換型の光ピックアップ装置１００を例に挙げる。

図１おいて、１ａはＣＤとＤＶＤ用の光源であって、波長が７８０ｎｍの赤外レーザ光および波長が６５０ｎｍの赤色レーザ光をそれぞれ投射する２個の半導体レーザを備えている。１ｂはＢＤ用の光源であって、波長が４１０ｎｍの青色レーザ光を投射する半導体レーザを備えている。２はビームスプリッタであって、光源１ａからのレーザ光を透過して直進させるとともに、光源１ｂからのレーザ光を反射して光路を９０°変更させる。３もビームスプリッタであって、ビームスプリッタ２を通った光を９０°の角度でコリメートレンズ４側へ反射するとともに、コリメートレンズ４からの光はそのまま透過させる。コリメートレンズ４は、ビームスプリッタ３で反射されたレーザ光を平行光に変換するレンズである。５はコリメートレンズ４を通った光を９０°の角度で上向きに反射するアップミラーである。

以上の構成に関しては、図６の従来のものと同じであるが、図６では球面収差補正用の液晶素子５６がコリメートレンズ５４と対物レンズ５８との間に設けられていたのに対し、図１では球面収差補正用の液晶素子６が光源１ａ，１ｂからみてコリメートレンズ４の手前に設けられている。７は対物レンズ８に入射するレーザ光の開口数を制限して、光ディスク１３のディスク面に所定の大きさの光スポットを形成するためのアパーチャー、８はディスク面上にレーザ光を集光させる対物レンズである。９はアパーチャー７と対物レンズ８が組み込まれた可動アクチュエータである。図６と異なり、可動アクチュエータ９に液晶素子６は組み込まれていない。１０は光ディスク１３のディスク面で反射した光を各光学部品３〜８を介して受光する受光部である。１１は受光部１０から出力される信号を処理して所定の制御を行う制御部、１２は制御部１１からの出力に基づいて液晶素子６を駆動する液晶駆動部である。

光源１ａ，１ｂから投射されたレーザ光は、ビームスプリッタ２を介してビームスプリッタ３で９０°反射され、液晶素子６を介してコリメートレンズ４に入射し、平行光に変換される。コリメートレンズ４の出射光は、アップミラー５、アパーチャー７および対物レンズ８を介して、光ディスク１３のディスク面に集光され、微小な光スポットを形成する。また、光ディスク１３のディスク面で反射された反射光は、各光学部品３〜８を介して受光部１０で受光される。受光部１０から出力される信号は制御部１１へ与えられる。制御部１１では、受光部１０の出力信号に基づいて液晶駆動部１２を制御し、液晶駆動部１２によって後述する液晶素子６の屈折率の制御が行われる。また、制御部１１は受光部１０の出力信号に基づいてフォーカスエラーおよびトラッキングエラーを検出し、フォーカス制御やトラッキング制御などのサーボ制御を行うが、サーボ制御系は本発明に直接関係しないので、図１では図示を省略してある。

図２は、液晶素子６の断面の一部を示した図である。液晶素子６は、液晶６ｃを挟んで対向する一対の基板６ａと、各基板６ａにそれぞれ設けられた電極６ｂとを有している。基板６ａは透明なガラス基板から構成され、電極６ｂは基板６ａに蒸着等により形成されたＩＴＯ (Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ)などの透明電極から構成されている。液晶６ｃは、液晶分子の配向方向に応じて屈折率が変化する特性（複屈折特性）を有するネマチック液晶などから構成されている。

図３は、一方の基板６ａに形成された電極６ｂのパターンを示した図である。図７のような同心円状に分割された電極パターンと異なり、電極６ｂは基板６ａの広域にわたって形成された単一の電極からなる。ここでは、電極６ｂは、円盤状の透明電極（便宜上ハッチングを入れてある）から構成されている。図示しない他方の基板６ａにも、図３と同様の円盤状の電極６ｂが形成されている。そして、液晶駆動部１２によって、これらの電極間に所定の電圧が印加されるようになっている。

電極間に印加される電圧に応じて、電極に挟まれた部分の液晶分子の配向方向が変わり、当該部分の屈折率が変化する。図３のような基板上に広域に設けられた単一の電極パターンの場合は、電極間の印加電圧を変化させると、液晶素子６の電極領域全体の屈折率が均一に変化する。そして、液晶素子６に入射する光は、コリメータレンズ４を通った後の平行光ではなく、コリメータレンズ４に入射する前の光源１ａ、１ｂから発せられた光（発散光）であるから、液晶素子６の屈折率が変化すると、光源１ａ、１ｂとコリメータレンズ４との間の空気換算長が変化し、この結果、コリメータレンズ４の出射光の平行度が変化する。

図４は、屈折率の変化による空気換算長の変化を説明する図である。ここでは、簡単のために、１つの光源１から発せられた光がそのままコリメータレンズ４に入射する簡略化した光学系が示されている。なお、図１のビームスプリッタ２，３と液晶素子６の図示は省略してある。通常の状態においては、図４（ａ）に示すように、光源１とコリメータレンズ４との間の空気換算長はＬ１となっている。空気換算長は、光源とレンズ間に空気（屈折率＝１）のみが存在すると仮定した場合の両者の距離を表している。図４（ａ）では、光源１の位置はコリメータレンズ４の焦点と一致している。したがって、光源１からコリメータレンズ４へ入射した光は、平行光となってコリメータレンズ４から出射する。

液晶駆動部１２により液晶素子６の電極６ｂの印加電圧を変化させて、液晶素子６の屈折率が大きくなるように液晶６ｃの配向方向を変化させると、図４（ｂ）に示すように、光源１が図４（ａ）における位置よりも後方（コリメータレンズ４から離れる方向）へ移動したのと等価な状態となる。このときの空気換算長はＬ２であって、Ｌ１＜Ｌ２の関係にある。図４（ｂ）の状態では、光源１の仮想位置がコリメータレンズ４の焦点より後方となるので、光源１からコリメータレンズ４へ入射した光は、内側へ向う収束光となってコリメータレンズ４から出射する。

また、液晶駆動部１２により液晶素子６の電極６ｂの印加電圧を変化させて、液晶素子６の屈折率が小さくなるように液晶６ｃの配向方向を変化させると、図４（ｃ）に示すように、光源１が図４（ａ）における位置よりも前方（コリメータレンズ４に近づく方向）へ移動したのと等価な状態となる。このときの空気換算長はＬ３であって、Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ２の関係にある。図４（ｃ）の状態では、光源１の仮想位置がコリメータレンズ４の焦点より前方となるので、光源１からコリメータレンズ４へ入射した光は、外側へ向う発散光となってコリメータレンズ４から出射する。

このようにして、液晶素子６の屈折率を変化させると、屈折率に応じて光源１とコリメータレンズ４間の空気換算長が変化し、これによってコリメータレンズ４の出射光の平行度が変化するので、液晶素子６の屈折率を制御することで対物レンズ８による球面収差を補正することができる。すなわち、受光部１０が受光したディスク面での反射光に基づいて、対物レンズ８から出射する光の球面収差の度合いを制御部１１で検出し、球面収差に応じた電圧を液晶駆動部１２から液晶素子６の電極６ｂに与えて、液晶素子６の屈折率を変化させ、球面収差がなくなるようにコリメータレンズ４の出射光の平行度をコントロールすることで、対物レンズ８による球面収差を補正することができる。

上述した実施形態によれば、液晶素子６はコリメータレンズ４の手前に設けられるので、図６のように液晶素子５６を対物レンズ５８の手前に設けた場合のように、コマ収差発生防止のための対物レンズ５８と液晶素子５６との間の高精度な軸合わせを行う必要がなく、軸合わせのための工程や調整機構が不要となる。この結果、製造コストを低減することができる。また、液晶素子６を対物レンズ８とともに可動アクチュエータ９に組み込む必要がないので、図６のような液晶素子５６を可動アクチュエータ５９に搭載したものと比較して、可動アクチュエータ９の重量が軽くなり、光ピックアップの応答性（感度）が向上する。さらに、液晶素子６の屈折率を均一に変化させるので、液晶素子６の基板６ａに形成される電極６ｂは、単一の電極から構成することができる。このため、図７のように複数の電極５６ｂを設けて個別に屈折率の制御を行うものに比べて電極の構造が単純になり、液晶素子６のコストを低減できるとともに、液晶駆動部１２による屈折率の制御も簡単になる。また、電極６ｂへ電圧を供給するための配線も１チャンネル分で済むので、配線数を減らして作業工数およびスペースの低減を図ることができる。

また、液晶素子６は可動アクチュエータ９の外に設けられるので、液晶素子６の取り付けにあたって場所やスペースの制限が少なく、設計の自由度が向上する。したがって、１個の液晶素子６では球面収差に対する十分な補正量が得られない場合に、複数の液晶素子６を設ける際にも、容易に対応が可能となる。さらに、液晶素子６に偏光板などの他の光学部品を付設する場合でも、位置の制約を受けずに容易に設けることができる。

上述した実施形態では、図３で示したような円盤状の電極６ｂを設けた液晶素子６を例に挙げたが、電極６ｂのパターンは円形に限らず、例えば図５に示したように四角形としてもよく、その形状は問わない。

また、上述した実施形態では、３波長互換型の光ピックアップ装置１００を例に挙げたが、本発明は３波長以外の波長に対応する光ピックアップ装置にも適用することができる。

本発明に係る光ピックアップ装置の光学系を示す概略構成図である。 液晶素子の断面の一部を示した図である。 本発明における電極のパターンを示した図である。 屈折率の変化による空気換算長の変化を説明する図である。 他の実施形態による電極のパターンを示した図である。 従来の光ピックアップ装置の光学系を示す概略構成図である。 従来の電極パターンを示した図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 光源
２，３ ビームスプリッタ
４ コリメートレンズ
５ アップミラー
６ 液晶素子
６ａ 基板
６ｂ 電極
６ｃ 液晶
７ アパーチャー
８ 対物レンズ
９ 可動アクチュエータ
１０ 受光部
１１ 制御部
１２ 液晶駆動部
１３ 光ディスク
１００ 光ピックアップ装置
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 空気換算長

Claims (2)

1. レーザ光を投射する光源と、
   前記光源から投射されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、
   前記コリメータレンズを透過したレーザ光を光ディスクのディスク面に集光させる対物レンズと、
   前記対物レンズに入射するレーザ光の開口数を制限して、前記ディスク面に所定の大きさの光スポットを形成するためのアパーチャーと、
   前記ディスク面で反射された反射光を受光する受光部と、
   前記光源と対物レンズとの間に設けられ、液晶を挟んで対向する一対の基板と、各基板にそれぞれ設けられた所定パターンの電極とを有する液晶素子と、
   前記液晶素子を駆動する液晶駆動部と、を備え、
   前記対物レンズと前記アパーチャーとは可動アクチュエータに組み込まれており、
   前記受光部の出力に基づいて、液晶駆動部が液晶素子の電極に所定の電圧を印加することにより液晶素子の屈折率を変化させ、この屈折率の変化により対物レンズから出射するレーザ光の球面収差を補正するようにした光ピックアップ装置において、
   前記液晶素子は、光源からみてコリメータレンズの手前に配備されており、
   当該液晶素子の各電極は、基板の広域にわたって形成された単一の電極からなり、
   前記電極への電圧印加により液晶素子の電極領域全体の屈折率を均一に変化させ、光源とコリメータレンズ間の空気換算長を可変することにより、コリメータレンズの出射光の平行度を変化させて球面収差を補正することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. レーザ光を投射する光源と、
   前記光源から投射されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、
   前記コリメータレンズを透過したレーザ光を光ディスクのディスク面に集光させる対物レンズと、
   前記光源と対物レンズとの間に設けられ、屈折率の変化により対物レンズから出射するレーザ光の球面収差を補正する液晶素子と、を備えた光ピックアップ装置において、
   前記液晶素子は、液晶を挟んで対向する一対の基板と、各基板にそれぞれ設けられ基板の広域にわたって形成された単一の電極とを有していて、光源からみてコリメータレンズの手前に配備されており、
   前記電極に所定の電圧を印加して液晶素子の電極領域全体の屈折率を均一に変化させ、光源とコリメータレンズ間の空気換算長を可変することにより、コリメータレンズの出射光の平行度を変化させて球面収差を補正することを特徴とする光ピックアップ装置。
   

Images