JP2003506810A - 光学走査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
類の記録担体を第1のモードで走査し、第2の情報層と上記第1の厚さとは異な
る第2の厚さである第2の透明層とを有する第2の種類の記録担体を第2のモー
ドで走査し、少なくとも1つの放射ビームを発生させる放射源と第1のモードで
は第1の情報層に焦点を形成するよう第1の共役の組で動作し、第2のモードで
は第2の情報層に焦点を形成するよう第1の共役の組とは異なる第2の共役の組
で動作するよう設計された対物レンズ系とを含む光学走査装置に関する。
ームを発生させる放射源と上記平行にされていない放射ビームを上記情報層上の
焦点に収束させる対物レンズ系と対物レンズの光軸に対し垂直な方向の対象レン
ズの動きを制御する制御系とを含む光学走査装置に関する。
341号から公知である。公知の装置が0.6mmの厚さの透明層を有するDV
D形式の記録担体を走査すると、対物レンズは平行にされた放射ビームを透明層
に通過させ焦点に合わせる。公知の装置が1.2mmの厚さの透明層を有するC
D形式の記録担体を走査すると、同じ対物レンズは発散する放射ビームをDVD
形式の記録担体の透明層よりも厚い透明層を通過させ焦点に合わせる。DVDか
らCDに変えるときに、対物レンズに入射する放射ビームは、平行にされた放射
ビーム内に負のレンズを挿入することによって平行ビームから発散ビームに変更
される。サーボ回路は焦点が情報層の所望されるトラックに従う対物レンズの光
軸に対し垂直な方向における中心位置に対する対物レンズの位置を制御する。
って形成される焦点の質が、トラッキングの際に対物レンズがその中心位置から
遠ざかるよう動かされると劣化することである。更に、公知の装置の設計は上述
の特許に開示される光学路とは異なる光学路には適さないことである。
の種類の記録担体を第1のモードで走査し、第2の情報層と第1の厚さとは異な
る第2の厚さである第2の透明層とを有する第2の種類の記録担体を第2のモー
ドで走査し、少なくとも1つの放射ビームを発生させる放射源と、上記第1のモ
ードでは上記第1の情報層に焦点を形成するよう第1の共役の組で動作し、第2
のモードでは第2の情報層に焦点を形成するよう第1の共役の組とは異なる第2
の共役の組で動作するよう設計された対物レンズ系とを含み、第2のモードにお
いて、上記放射源から上記対物レンズ系への放射路に配置され、放射ビームに球
面収差を生じさせる光学要素を含むことを特徴とする光学走査装置によって達成
される。放射路とは、特定のモードで放射ビームによって通過される光学路のこ
とである。ラジアルトラッキングは対物レンズを光軸から遠ざけるように移動さ
せることによって行われる。光軸からずれた位置は放射ビームに焦点の質を低下
させるコマ収差を生じさせる。コマ収差の量は第1のモードでは、対物レンズは
第1のモードにおいて適当に撮像するよう設計されている、即ち対物レンズは正
弦条件に従うので比較的小さく、大きい視野が得られる。第2のモードでは対物
レンズは正弦条件に従わず、コマ収差の量が比較的大きくなる。
射ビームに或る量のコマ収差以外の収差、即ち球面収差を生じさせることによっ
て減少することが可能である。コマ収差の減少は、第2のモードにおける対物レ
ンズの視野を増加させる。発生されるべき球面収差の量は25mλrms以上で
あることが好適であり、特定の実施例では30mλrms以上であることが好適
である。ただし、λは放射ビームの波長である。
リッタ、及び対物レンズを有する光学路、又は2つの放射ビーム、正又は負のレ
ンズ、及び対物レンズを有する光学路のような様々な光学路に適している。1つ
の放射ビームが使用される場合、放射源を光軸に沿って並進させる又は光学的パ
ワーを有する要素を挿入する(例えば、放射源と対物レンズとの間の光学路にレ
ンズを挿入する)ことによって共役の変更が達成され得る。球面収差は他の光学
要素又は変更されたビームスプリッタ又はレンズによって発生され得る。
射ビームを発生させる放射源と、平行にされていない放射ビームを情報層上の焦
点に収束させる対物レンズ系とを含み、放射源から上記対物レンズ系への放射路
に配置され、平行にされていない放射ビームに球面収差を生じさせる光学要素を
含み、球面収差は正の平−球面レンズの球面収差の符号と反対の符号を有するこ
とを特徴とする光学走査装置に関する。上述の光学要素の球面収差は対物レンズ
のコマ収差を減少し、従って対物レンズの視野を増加させる。球面収差の量は2
5mλrms以上であることが好適であり、λは放射ビームの波長である。
ビームが透明層を透過することによって発生される球面収差が対物レンズによっ
て発生される球面収差によって大体補償されて記録担体を走査するよう適応され
る。上述の光学要素の球面収差は、対物レンズの球面収差の符号とは反対である
ことが好適である符号を有する。上述の走査装置は、放射ビームが直接的に入射
する、即ち第1の透明層と第2の透明層とはゼロに等しい厚さを有する情報層を
走査するよう適応され得る。
球面収差の符号と反対であることが好適である。
る、例えば正の光学的パワーを有する正のレンズであることが好適である。この
ようなレンズは短い光学路を可能にし、従ってコンパクトな光学ヘッドが可能と
なる。
担体から情報を読出す及び書込むための非常に有効な光学路と、長波長で第2の
種類の記録担体から情報を読み出すための光学路とを有する。
放射ビーム2を放射する半導体レーザのような放射源1を含む。ビーム整形部3
はビーム2の楕円形の断面をより円状の断面に変える。回折格子4は2つの回折
されたビームと1つの回折されていないビームを形成する。回折されたビームは
追跡に使用される。図1は図面を明瞭にするよう回折されていないビームのみを
示す。3つの放射ビーム(以下に単に放射ビームと称する)は、放射ビームに対
し高い透過性を有する偏光ビームスプリッタ5を透過する。コリメータレンズ6
は放射ビーム2を平行ビーム7に収束させる。ダイクロイックビームスプリッタ
8は第1の波長に対し高い透過性を有し、低い減衰で平行ビーム7を透過させる
。平行ビーム7の直線偏光は4分の1波長板9によって円偏光に変更される。ダ
イクロイックアパーチャ10は平行ビーム7をその断面全体に亘って透過させる
。ここでは単一の対物レンズ11として示される対物レンズ系は、平行ビーム7
を記録担体13を走査するための収束ビーム12に変更する。対物レンズは、図
面に示されるレンズのような単一の光学要素から構成される場合もあるが、2つ
の光学要素を含む場合もある。
明層14と情報層15とを含み、情報層上で収束ビーム12は焦点16に合わさ
れる。情報層15から反射された放射線はビーム12及び7の光学路に沿って戻
る。4分の1波長板9は、円偏光を順方向の平行ビーム7の直線偏光に垂直な直
線偏光に変える。反射されたビームはコリメータレンズ6によって収束され偏光
ビームスプリッタ5によって反射される。円柱レンズ17によって反射されたビ
ームに非点収差が発生される。光学路内の負のレンズ18によって焦点16の位
置の調節が容易にされる。レンズ17及び18は単一の光学要素として組み合わ
される場合もある。反射ビームは検出系19に入射し、焦点16の位置を決める
制御信号が得られる出力信号と情報層15に記憶された情報を表す情報信号とが
発生される。
えば780nmの第2の波長の直線偏光された発散放射ビーム21を放射する半
導体レーザのような放射源20を含む。放射源1及び20は2つの放射ビームを
発生させる1つの放射源としてみなされる場合もある。回折格子2は回折格子4
と類似の方法で3つのビームを形成する。回折ビームスプリッタ23はビームを
透過させる。正のレンズ24は放射ビーム21の輻輳を減少させ僅かに発散して
いるビーム25にする。発散ビーム25はダイクロイックビームスプリッタ8に
よって反射される。4分の1波長板9はビームの直線偏光を円偏光に変更する。
ダイクロイックアパーチャ10は、ビーム25は異なる波長であるので、平行ビ
ーム7よりも小さい断面に亘ってビーム25を透過させる。その結果、対物レン
ズ11は発散ビーム25を収束ビーム12よりも小さい開口数を有する収束ビー
ム26に変更する。
の種類の記録担体は例えば1.2mmの厚さを有する透明層28と情報層29を
含む。記録担体13及び27は半透明の情報層15を有し、2層からなる単一の
記録担体として示されるが、記録担体13及び27は異なる厚さの透明層を有し
単一の層からなる別々の記録担体である場合もある。収束ビーム26は情報層2
9上で焦点30に合わされる。情報層29から反射された放射線はビーム25及
び26の路に戻り、反射された放射線の一部は回折ビームスプリッタ23によっ
て検出系19と類似の機能を有する検出系31に向けて屈折される。
を透過して情報層15上の焦点16に収束するよう設計される。収束ビーム12
が透明層14を通ることによって発生された球面収差は対物レンズ11内で補償
される。対物レンズ11は正弦条件に従う。透明層14が記録担体の特別な実施
例において存在しない場合は、対物レンズ11は球面収差を補償するべきではな
い。第2のモードでは、放射ビームは透明層14とは異なる厚さを有する透明層
28を透過する。従って、第2のモードにおいて対物レンズ11は、第1のモー
ドとは異なる別の量の球面収差に対し補償されなければならない。この異なる補
償は、入射ビーム25を発散させ、それにより透明層の更なる厚さを補償する対
物レンズ内に更なる球面収差を生じさせることによって達成される。しかし、こ
の場合対物レンズ11は正弦条件に従わない。
クの中心上に焦点の中心を維持するよう対物レンズ11の光軸に対し平行及び垂
直な方向に並進されることが可能である。対物レンズ11の並進運動は、第1の
モードで走査するときは検出系19から、第2のモードで走査するときは検出系
31から焦点の位置情報を受信するサーボ回路32によって制御される。即ち、
移動とは、特に示さない限りは中心位置から対物レンズの光軸に対し垂直な方向
及びトラックの有効方向に対し垂直な方向への移動を意味する。中心位置とは、
対物レンズ系の光軸と対物レンズ系に入射するビーム7又は25の中心の光線と
が一致する位置である。第1のモードでは対物レンズ11に入射するビーム7は
平行にされるので、対物レンズが移動することによってレンズの光学的特性は影
響を受けない。第2のモードでは対物レンズ11に入射するビーム25は平行に
されておらず、対物レンズが移動すると、対物レンズは正弦条件に従っていない
ので収束ビーム26内にコマ収差が発生される。コマ収差の量は対物レンズの設
計と移動の大きさとに依存する。コマ収差は対物レンズの視野を減少させる。
ことにより増加することが可能である。球面収差は、光学的パワーを有さず、透
過するビームに球面収差に対応する位相変更を与える光学板によって発生される
場合がある。本実施例では、光学路内の要素の個数は増加されず、球面収差は放
射ビームの光学路内に既にある要素、例えば回折格子22又は23、若しくはレ
ンズ24によって発生される。回折格子は、位置に依存する厚さを有する被膜に
よって回折格子を通過する光学路を変更することによって適応される。レンズ2
4は、例えばレンズを非球面に形成するといったような異なる設計を選択するこ
とによって適応される。このようなレンズは、位置に依存する厚さを有する薄い
被膜が球面レンズに塗布される塑性成形又はいわゆる複製処理によって製造され
る。分散ビーム25に発生されるべき球面収差W40の量は、光軸に対し垂直な
方向の対物レンズの最大の移動量と所望されるコマ収差の減少量に依存する。こ
れは以下の式に表すことが可能である。
示し、xは対物レンズの移動量を示し、Rは対物レンズの入射瞳の半径を示す。
実際には、Rは対物レンズの有効断面の半径に略等しい。単一レンズの対物レン
ズ系の入射瞳の平面は、一般的にレンズの光軸に対し垂直でレンズの中心を通る
平面として考えられる。W40とW31は共にサイデル係数である。収差の二乗
平均平方根(rms)値が使用される場合、式は以下のようになる。
ンズ11が距離xに亘って移動されると、発散ビーム25の収差が発生した波面
は対物レンズ11に対し量xだけ中心から外される。球面収差はr4(rは入射
瞳の半径)に比例するので、中心から外れることによって発散ビームの波面は(
r−x)4と相関関係となる。この相関関係における項r3xはコマ収差の特徴
である。従って球面収差を有する波面を中心から外すことはコマ収差を生じさせ
る。収差の符号が一致する場合、球面収差が発生され中心から外されたビーム2
5によって発生されるコマ収差は、第2のモードにおいて対物レンズが光軸から
外されて使用されることにより対物レンズ11によって発生されるコマ収差の一
部又は全部を打ち消す。
内で補償されるべきである。レンズの設計は第1のモードにおける適当な撮像に
必要とされる要件によって決められているので上述の目的の為には変更され得な
い。球面収差を補償する好適な方法は、対物レンズ11によって適当な量の球面
収差が発生されるようビーム25の輻輳を変更することである。この補償は、記
録担体の透明層を通る路の球面収差の補償に追加されるものである。一般的に、
透明層に対し補償される球面収差は発散ビーム25に発生される球面収差を補償
する球面収差と等しい符号を有する。実際のビームの開きにおける変化は実験に
基づいて決められるか又は光線追跡から得ることが可能である。ビームの開きを
変更する単純な方法は、放射源20と対物レンズ11との間の距離を変更するこ
とである。
値x、0.45の第2のモードにおける開口数を有するものとする。第1のモー
ドでは対物レンズは共役の組(−∞,f)(ただし、fは対物レンズの焦点距離
)で動作する。対物レンズ1から51mmの距離にある点光源から照射され、0
.3mmだけ移動される通常の対物レンズのコマ収差は34mλrmsである。
コマ収差は34mλrmsから16mλrmsに減少されることが望まれる。1
8mλrmsのコマ収差は、対物レンズに入る発散ビームに発生される球面収差
によって補償されなければならない。コマ収差は以下に説明する理由によって3
mλだけ高い、即ち21mλrmsで補償されるべきである。
sの球面収差を必要とする。発散ビームに発生されたこの球面収差は、点光源へ
の距離を51mmから47mmに減らすことによって対物レンズ内で補償される
。点光源の距離を減らすことによって対物レンズのコマ収差は3mλだけ増加さ
れる。従って、コマ収差は34+3=37mλrmsから16mλrmsに減少
される。第2のモードにおいて、対物レンズは共役の組(v,b)(ただし、対
物距離vは−47mmに等しく、像距離bはfよりも僅かに大きい)で動作する
。
する発散ビームに対し行われる。しかし、発散ビームは、入射瞳とストロークの
両方に適応することができるよう入射瞳の半径Rよりも大きい半径R1を有する
ことが好適である。球面収差はビーム半径の4倍で増加するので、半径R1を有
する発散ビームの球面収差は以下の式に等しくなるべきである。
る。放射源1の放射出力は、発散ビームの半径R1が入射瞳の半径Rと対物レン
ズ系のストロークXとの和に略等しい場合に有効に使用される。1.3mmのビ
ーム半径に対する14mλrmsの球面収差は以下の通りとなる。
面は、有効トラック方向に対し垂直な方向においてR+xの長軸と、長軸に対し
垂直な方向においてRの短軸を有する。
である。球面収差のより正確な値は光線追跡によって得ることが可能である。上
述の場合では、発散ビームの球面収差は14mλrmsの代わりに15mλrm
sが必要とされ、アパーチャ全体に対しては32mλrmsの代わりに30mλ
rmsが要求される。W40(rms)の式の正確さは、比較的長い焦点距離f
(f=2.75mm)と低い開口数NA(NA=0.45)では10%以上であ
り、比較的短い焦点距離f(f=1.8mm)と高い開口数NA(NA=0.5
0)では約30%である。一般的に上述の式からは光線追跡によって得られる値
よりも低い値が得られる。
ム内の収差の許容可能な増加によって決められる。回折されたビームは、発散ビ
ーム25とは異なるレンズ24と対物レンズ11を透過する路を通る。その結果
、発散ビーム25のコマ収差が減少されると回折ビームのコマ収差が増加する場
合がある。回折ビームを形成しない装置では、コマ収差は例えば4倍又は8倍と
いう大きな度合いで補償されることが可能である。この場合、コマ収差の打ち消
しは他の高いオーダの収差の増加によって制限される。上述の例において、コマ
収差が34mλrmsから7mλrmsに減少されるべき場合、85mλrms
の球面収差が発散ビーム25のアパーチャ全体に発生されなければならない。こ
の場合、収束ビーム26における全体の収差は15mλrmsとなる。コマ収差
の更なる減少は可能である。しかし、非点収差と高いオーダのコマ収差の増加が
コマ収差の減少よりも上回るので、収束ビームの全体の収差が高くなる。
コマ収差を表す図である。線35は、発散ビーム25に発生される球面収差が付
加されない対物レンズのコマ収差の量を示す。線36は線35と類似するが、本
発明に従って球面収差が付加される。線37は球面収差が付加されない収束ビー
ム26における光学的収差の全体の量を示し、線38は球面収差が付加された光
学的収差の全体量を示す。
例である。
透明層を通り走査するモードにおける焦点距離fと対物レンズの開口数NAの4
つの場合を示す。第2の列は、対物レンズが0.3mm移動されたときに対物レ
ンズによって発生されるコマ収差の量を示す。第3の列もコマ収差の量を示すが
、放射源と対物レンズの間の距離はコリメータレンズによって発生された球面収
差を補償するよう減少されている。第2の列と第3の列の値は光線追跡によって
決められる。第3の列に示されるコマ収差の量は、4つの全ての場合において約
2倍で減少されるべきである。第4の列は、放射源と対物レンズの間にあるコリ
メータレンズによって発生されるべき球面収差の要求される量W40を示す。第
4の列の値は、上述のW40(rms)の式によって決められる。最後の列は、
対物レンズに入射するビームが対物レンズの移動に対し十分な幅を有するときに
コリメータレンズによって発生されるべき球面収差の量を示す。表1の第4の場
合における光線追跡は、コマ収差を79mλrmsから30mλrmsに減少す
るには、W40(rms)の式で決められる27mλrmsの代わりに35mλ
rmsのW40を必要とすることを示す。
が付けられる。この実施例は図1に示す実施例よりもコンパクトに形成すること
が可能である。第1の種類の光学記録担体を走査するために第1のモードで使用
される光学路は、発散放射ビーム51を放射する半導体レーザのような放射源5
0を含む。回折格子52を通過した後、発散ビームはダイクロイックビームスプ
リッタ53によって反射され、コリメータレンズ55によって平行ビーム54に
収束される。対物レンズ11は平行ビーム54を情報層15上の焦点16に合わ
せるよう設計される。情報層15から反射された放射線はビーム54及び51の
路に戻り、回折格子52によって部分的に回折されて検出系56に入射するサブ
ビームが形成される。検出系は焦点16の位置を制御する出力信号と情報層15
に記憶された情報を表す情報信号を発生させる。フォーカス誤差信号はいわゆる
1点又は2点フーコー法(Foucault method)を使用して形成される。
発散放射ビーム59を放射する半導体レーザのような放射源58を含む。放射源
の近くに配置されたコリメータレンズ60は放射源によって放射された放射線の
全体の量のかなりの部分を集光させ、それにより発散ビーム61を形成する。コ
リメータレンズ60はビーム整形器としての機能も有する場合があり、発散ビー
ム59の断面を楕円形又は円形に変更させ、ビーム内の非点収差を減少させる。
コリメータレンズ60の平行化及びビーム整形機能によって放射源58からの放
射線の改善された集光によって、図3に示す実施例は第2のモードで情報を読み
出すことと記録することの両方に非常に好適となる。
似の方法で3つのビームを形成する。偏光ビームスプリッタ63は発散ビーム6
1をダイクロイックビームスプリッタ53に向けて反射させ、ダイクロイックビ
ームスプリッタ53はビームを略減衰させることなく透過させる。コリメータレ
ンズ60、回折格子62、及びビームスプリッタ63は単一の要素として一体に
される場合もある。コリメータレンズ55は入来する発散ビーム61をその入来
ビームよりも小さいビームの開きを有する別の発散ビーム64に収束させる。第
2のモードにおいては、対物レンズ11は設計共役で動作せず、記録担体27の
透明層28の更なる厚さを補償する球面収差を生じさせる。情報層29によって
反射された放射線は入来ビームの路に沿って戻り、偏光ビームスプリッタ63と
ビーム内に非点収差を生じさせるレンズ65を通り検出系64に渡される。
ければならない。従ってコリメータレンズ55は、第1のモードと第2のモード
の両方に使用されるのであまり好適ではない。より好適なのはコリメータレンズ
60である。コリメータレンズ60は上述のビーム整形機能により非球面である
ことが好適であり、本発明の球面収差は費用を追加することなくコリメータレン
ズ60によって容易に発生され得る。
じ符号が付けられる。走査装置は収束ビーム12によって記録担体を走査する。
記録担体39は基板40と基板の上の置かれた情報層15を含む。情報層は波長
のオーダの厚さを有する透明層によって保護される場合もある。対物レンズ11
は放射ビーム2を情報層15上で焦点を合わせるよう設計される。対物レンズは
正弦条件に従うので、対物レンズは大きな視野を有する。球面収差が発散ビーム
25に発生され、反対の符号を有する球面収差の等しい量が対物レンズ内で補償
される場合、視野は更に増加され得る。球面収差はビームスプリッタ5上の薄い
層41によって発散ビームに発生されることが好適であり、薄い層41は層上の
位置の関数として変動する光学路を有する。対物レンズの球面収差は、球面収差
を対物レンズの設計に組み込むことによって発生されることが好適である。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1の情報層と第1の厚さである第1の透明層とを有する第
1の種類の記録担体を第1のモードで走査し、第2の情報層と上記第1の厚さと
は異なる第2の厚さである第2の透明層とを有する第2の種類の記録担体を第2
のモードで走査し、 少なくとも1つの放射ビームを発生させる放射源と、 上記第1のモードでは上記第1の情報層に焦点を形成するよう第1の共役の組
で動作し、上記第2のモードでは上記第2の情報層に焦点を形成するよう上記第
1の共役の組とは異なる第2の共役の組で動作するよう設計された対物レンズ系
とを含む光学走査装置であって、 上記第2のモードにおいて、上記放射源から上記対物レンズ系への放射路に配
置され、上記放射ビームに球面収差を生じさせる光学要素を含むことを特徴とす
る光学走査装置。 - 【請求項2】 情報層を有する記録担体を走査し、 平行にされていない放射ビームを発生させる放射源と、 上記平行にされていない放射ビームを上記情報層上の焦点に収束させる対物レ
ンズ系とを含む光学走査装置であって、 上記放射源から上記対物レンズ系への放射路に配置され、上記平行にされてい
ない放射ビームに球面収差を生じさせる光学要素を含み、 上記球面収差は、正の平−球面レンズの球面収差の符号とは反対の符号を有す
ることを特徴とする光学走査装置。 - 【請求項3】 上記対物レンズ系は球面収差を生じさせ、 上記対物レンズの球面収差及び上記光学要素の球面収差は正反対の符号を有す
る請求項1又は2記載の光学走査装置。 - 【請求項4】 上記光学要素の球面収差は、正の平−球面レンズの球面収差
の符号とは反対の符号を有する請求項1又は3記載の光学走査装置。 - 【請求項5】 上記光学要素は、正のレンズ、回折格子、又は位置に依存す
る光学路を有する薄い層である請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の光学操
作装置。 - 【請求項6】 上記第1のモード及び上記第2のモードにおいて、上記放射
源と上記対物レンズ系との間の放射路に第1のコリメータレンズが配置され、 球面収差を生じさせる上記光学要素は、上記第2のモードにおいてのみ上記放
射源と上記対物レンズ系との間の放射路に配置される第2のコリメータレンズで
ある請求項1記載の光学走査装置。 - 【請求項7】 上記光学要素は、 【数1】 と略等しい球面収差の量W40(rms)を生じさせ、ただしW31(rms)
は上記第2のモードにおいて上記対物レンズ系が距離xだけ移動されるときに上
記対物レンズ系によって発生されるコマ収差を減少させる所定の量のコマ収差を
示し、xは中心位置から上記対物レンズ系の光学軸に対し垂直な方向の上記対物
レンズ系の移動値を示し、Rは上記対物レンズの入射瞳の半径を示す請求項1又
は2記載の光学走査装置。 - 【請求項8】 上記放射ビームは、上記入射瞳の平面において上記入射瞳の
半径Rよりも大きい半径R1を有し、 上記光学要素は、 【数2】 と略等しい球面収差の量を上記放射ビームに生じさせる請求項7記載の光学走査
装置。
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