JP2005503636A - 光走査装置のための光ユニット - Google Patents

Abstract

光走査装置のための光ユニット（１０）は、組み込まれたビームスプリッタ（１４）と放射源（２０）及び放射感応型検出器（２２）を収容するように構成された組み込まれた部分とを持つ一体型の素子（１８）を持つ。前記光ユニットは、優れた放射効率を持ち、小型且つ軽量である。前記一体型の素子は、ガラス又は透明なプラスチックの物質でつくられても良く、また回折格子（１６）及び対物レンズ（１２）を有しても良い。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ビームを供給する放射源、走査されるべき物体上の走査スポットに前記走査ビームをフォーカスさせる対物レンズ、及び前記走査される物体によって反射された反射ビームを電気信号に変換する放射感応型検出器を有する光走査装置のための光ユニットに関する。
【０００２】
本発明はまた、かような光ユニットを有する光走査装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
光走査装置は典型的に、しかし限定するものではないが、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）のような光ディスクのような光記録担体の情報層を走査するために利用される。この場合、物体の走査は、記録された情報層の情報を読み込む目的、及び空白の又は部分的に空白の情報層に情報を書き込む目的の両方のために前記情報層を走査することを意味すると理解される。
【０００４】
現在利用可能な技術は、最もコンパクトなものはホログラフィック光学素子を利用する光走査装置を提供する。該素子は進行中のビームの経路から検出システムの方へ反射ビームをそらす。前記ホログラフィック光学素子は線形に変化する格子周期を持ち、該素子を通過する反射光を非点収差にする格子であっても良い。かような非点収差ビームを４象現検出器と共に用いることにより、米国特許Ａ４，３５８，２００に記載されているように、フォーカスエラー信号が生成されることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光走査装置におけるホログラムの利用は、放射強度に関して該装置を非常に非効率的なものとする。放射源から照射された放射の６％のみが、かような装置における検出システムに到達する。このことは、ホログラフィック光学素子を持つ光ユニットを、記録可能なコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）又は再書き込み可能なコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）のような低い反射率を持つ物体から読み取る必要のある走査装置における利用には不適切なものとする。ホログラフィック光学素子を持つユニットは製造するには非常に高価でもあり、該ユニットに対するいずれの設計変更も実施が困難である。
【０００６】
認識されているニーズにもかかわらず、本分野において継続している不足点は、コンパクトな光走査装置の光出力の効率を向上し、一方で同時に製造のコストを下げることの不可能性であった。従って、低コストで且つ放射効率の良いコンパクトな光ピックアップユニットを提供することの継続している不可能性が存在してきた。
【０００７】
本発明の目的は、これらの欠点を軽減し、コンパクトで低コスト且つ放射効率の良い、光走査装置のための光ユニットを提供することにある。該ユニットは放射源及び検出器を収容する一体型の素子を有し、ビームスプリッタを形成する組み込まれた傾斜部分を持つことを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、単純なビームスプリッタによってホログラフィック光学素子を置き換えることにより、放射効率が向上させられることができるだけでなく、ビームスプリッタとして機能する内部壁を持つ一体型の素子を製造することが可能となるという洞察に基づく。かような統合により、光走査装置はよりコンパクトになり、より低いコストで製造されることができる。
【０００９】
米国特許Ａ４，３５８，２００も、記録担体に進むビームから反射ビームを分離し、前記反射ビームを検出器の方へ導くビームスプリッタを有する光走査装置を開示していることに留意されたい。この走査装置においては、全ての光学素子は独立型の素子であり、ビームスプリッタは放射源及び検出器をも収容する一体型の素子の一部を形成しない。
【００１０】
前記光ユニットは好ましくは、前記ビームスプリッタが反射ビームにおいて非点収差をもたらすようにプレートとして構成されることを特徴とする。
【００１１】
幾分かの厚みを持つプレートの形をした前記ビームスプリッタに入射する前記反射ビームは収束性ビームであるため、該プレートは、前記ビームが非点収差法によってフォーカスエラー信号を生成するために利用されることができるように前記ビームを十分に非点収差にする。この方法は、独立型の光学素子を持つ走査装置に関して米国特許Ａ４，３５８，２００において記載されている。
【００１２】
放射源に関しては、前記光ユニットは更に、前記一体型の素子が前記ビームスプリッタの第１の側に配置され前記放射源を収容するように構成された第１の壁を有することを特徴とする。
【００１３】
検出器に関しては、前記光ユニットは更に、前記一体型の素子が前記ビームスプリッタの第２の側に配置され前記放射感応型検出器を収容するように構成された第２の壁を有することを特徴とする。
【００１４】
前記光ユニットは更に、組み込まれた回折格子が前記放射源と前記ビームスプリッタとの間に配置されることを特徴としても良い。
【００１５】
３スポット格子として知られるかような格子は、前記放射源からのビームを主ビームと２つの補助ビームとに分割する。前記主ビームは光記録担体の情報層において主走査スポットｍにフォーカスされ、前記補助ビームはそれぞれが前記主スポットの異なる側における補助スポットにフォーカスされる。前記補助スポットは、本分野では良く知られているように、前記主スポットをトラックに維持するために利用される。
【００１６】
前記光走査装置の対物レンズは、前記一体型の素子の外部に配置されても良い。好ましくは前記光ユニットは、前記対物レンズが前記一体型の素子に組み込まれていることを特徴とする。
【００１７】
本方法によって、光ユニットはより一層コンパクトになる。
【００１８】
前記組み込まれた対物レンズは、前記一体型の素子が製造された後に該一体型の素子に配置される別個のレンズであっても良い。好ましくは前記光ユニットは、前記対物レンズが前記一体型の素子と同一の物質でつくられることを特徴とする。
【００１９】
このことは、前記対物レンズが前記一体型の素子と共に製造されることを可能とし、そのため前記光ユニットはより一層低いコストで製造されることができる。
【００２０】
本発明の更なる態様によれば、前記光ユニットは前記一体型の素子がガラスでつくられることを特徴とする。
【００２１】
特にビームスプリッタ及び統合された対物レンズについては、ガラスは優れた光学的な特性を持つ。
【００２２】
代替として好ましくは、前記光ユニットは前記一体型の素子が透明なプラスチック物質でつくられることを特徴とする。
【００２３】
透明なプラスチックの利用は、前記一体型の素子の質量の減少、従って走査装置の質量の減少を可能とし、このことは高速なアクセス走査装置には重要である。適切な透明なプラスチックはポリメチルメタクリレート（polymethyl methacrylate、ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（polycarbonate、ＰＣ）であり、これらは現在光学の分野で利用され、十分な光学的な特性を持つ。
【００２４】
本発明はまた、物体をスキャンする光走査装置であって、走査動作によって生成された走査ビーム及び検出器信号を供給する光ユニットと、前記光ユニット及び対物レンズを互いに対して移動させる手段と、走査されている前記物体についての情報を含む情報信号に前記検出器信号を加工する電子処理手段とを有する光走査装置に関する。該走査装置は、前記光ユニットが上述したようなユニットであることを特徴とする。
【００２５】
上述の有益な効果は一般に、光走査装置及び小型化された光走査装置のための光ユニットに関してここで開示される例となる装置、メカニズム及び方法ステップに当てはまる。これらの利益が発揮される特有の構造及びステップは以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
必要に応じて、本発明の詳細な実施例がここで開示される。しかしながら、開示される実施例は単に、種々の及び代替の形態によって実施化されても良い本発明の例であることは理解されるべきである。図は必ずしも一定の比率の縮尺ではなく、幾つかの特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張されたり又は最小化されたりされ得る。それ故、ここで開示される特定の構造の及び機能の詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に請求項の原理として、及び本発明を種々の方法で利用することを当業者に教示するための代表的な原理として解釈されるべきである。
【００２７】
図１は、別個の対物レンズを持つ、本発明による光ユニットの実施例を示す。該光ユニットは、光ディスク２４の情報層２５を走査する光走査装置の一部を形成しても良い。一般に、光走査装置は、例えばレーザ、好ましくは半導体レーザ、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）のような放射源２０を有する。前記走査装置のもう１つの重要な構成要素は対物レンズ１２である。対物レンズ１２は放射源２０から発せられたビームｂを、透明は基板２３を持つ光ディスク２４の情報層２５における走査スポットＳにフォーカスさせる。前記走査装置は更に、前記情報面によって反射された反射光ｂ’を電気信号に変換する合成放射感応型検出器２２を有する。本分野においては良く知られているように、これらの信号から、読み取り信号、フォーカスエラー信号及びトラックエラー信号が得られることができる。
【００２８】
進行しているビームｂの経路から、検出器２２の方へ反射光ｂ’をそらすために、従来のコンパクトな走査装置においては、ホログラフィック光学素子が利用される。該素子は、異なる格子周期又は異なって配向された格子片を持つ２つの副格子から成る回折格子であっても良い。異なる回折の次数において格子によって回折された前記ビームの１つ、好ましくは１次のビームが、前記検出器に向けられる。前記２つの副格子の存在のため、該１次のビームは２つの空間的に分離された副ビームに分割される。これらの副ビームは、本分野においては良く知られた方法によって、フォーカスエラー信号を生成するために利用される。該走査装置において、実際には前記放射源から発せられた放射のうちの例えば約６％といったわずかな部分のみが前記検出器に到達する。
【００２９】
この部分を増大させ、且つ前記走査装置の体積及び質量を減少させるために、前記ホログラフィック光学素子はビームスプリッタ１４によって置き換えられ、該ビームスプリッタは図１に示されるように一体型の素子１８中に収容される。該素子は、放射源２０が配置される空きを持つ第１の外壁１９と、検出器２２を収容するための空きを持つ第２の外壁２１とを有する。該素子は更に、傾斜した内壁２６を有し、該内壁の一方の側は放射源２２に面し、他方の側は検出器２０に面する。一体型の素子１８の物質は透明であって、このことは前記傾斜した壁を、入射放射ビームの強度の一部を反射し、該強度の残りを透過させるコーティングのための担体として利用することを可能とする。傾斜した壁２６をかようなコーティング２７を用いてコーティングすることにより、付加的な空間を必要としない低コストのビームスプリッタ１４が得られる。該ビームスプリッタ１４は、前記放射源からのビームｂの一部を前記光ディスクに反射し、反射ビームｂ’の一部を前記検出器へ透過させる。当分野において良く知られているように、コーティング２７は、λ／４及びλ／２の層の積重ねを含む。ここでλはビームｂ及びｂ’の波長である。前記コーティングの組成は該コーティングの透過及び反射、従って前記ディスクの方に反射されるビームｂの一部及び前記検出器の方に透過されるビームｂ’の一部を決定する。前記コーティングの組成は、前記走査装置の予見される応用に適合させられることができる。光ディスクが、読み出されるべきＣＤのように良い反射率を持つ場合、反射率及び透過率は共に５０％であっても良い。このとき前記源の放射の５０％が前記ディスクの情報層２５に到達し、前記源の放射の２５％が検出器２０に到達する。低い反射率を持つ光ディスクが読み取られる場合、又は情報が情報層に書き込まれる場合、前記コーティングは前記源の放射の５０％以上が前記ディスクに反射されるような組成を持っても良い。以上示された割合は理論的なものである。実際には前記割合は、特にビームスプリッタのコーティングされていない側、前記ディスクの前面、及び前記検出器の入射面における不要な反射によって引き起こされる放射損失のために、並びにとりわけ前記ディスクにおける放射損失のために、より低くなる。第１の走査装置が本発明によるビームスプリッタを有し、一方で第２の走査装置がフーコー格子（Foucault grating）を有しているという点だけにおいて互いに異なる２つの走査装置が実際に比較された場合、前記第１の装置においては前記検出器に入射する放射の量は約１２．５％であり、一方でこの値は前記第２の装置においては約６％であるということが分かる。本発明の光ユニットの放射効率は、従来のユニットの放射効率よりもかなり大きい。
【００３０】
一体型の素子１８は、ガラス、又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（ＰＣ）のような透明なプラスチック物質のような、いずれの適切な堅く透明な物質からつくられても良い。ガラスは温度や湿度のような周囲のパラメータの変化に敏感でないという利点を持つ。透明なプラスチックはガラスよりも小さな重さを持ち、そのため前記光ユニットの質量はこれらのプラスチックを利用することにより減少されることができる。
【００３１】
ビームスプリッタ１４は、十分な堅さを該ビームスプリッタに与えるため幾分かの厚さを持つべきである。この厚さ、及び反射ビームｂ’が平行ビームではなく収束性のビームであるという事実は、前記検出器に進む前記ビームにおける非点収差を導入する非点素子としての前記ビームスプリッタの利用を可能とする。米国特許Ａ４，３５８，２００に記載されているように、検出器２２が４象現検出器を有していれば、非点収差法はフォーカスエラー信号を生成するために利用されることができる。
【００３２】
図１に示されるように、一体型の素子１８の設計は更に、３スポット回折格子１６を、放射源２０に面するように、壁１９の内側に収容することを可能とする。当分野において知られているように、かような格子は、前記記録担体の情報層において主スポットのそれぞれ異なる側に２つの補助スポット、即ち第２次のスポットの形成を可能とする。前記第２次のスポットが検出器２２の異なる検出器素子において対物レンズ１２によって結像されると、これらの検出器素子の出力信号はトラッキングエラー信号へと加工されることができる。一体型の素子１８の壁２１の内側における格子１６は、例えば鋳造処理によって、該素子と同時に製造されることができる。かくして、付加的な空間を必要としない低コストの３スポット格子が前記光ユニットに加えられることができる。
【００３３】
図１の光ユニットにおける独立型の対物レンズ１２は、一体型の素子１８の一部を形成する対物レンズによって置き換えられることができる。後者の対物レンズ及び素子１８は個別に製造され、該対物レンズが次いで素子１８の上側に取り付けられても良い。例えば該レンズは、該レンズのために準備された開口部に埋め込まれても良い。
【００３４】
図２は、更なる素子の統合が実行された、本発明による光ユニット３０の実施例を示す。ここでは一体型の素子３４が該素子の残りと同一の物質から成る上側を備えられ、該上側３２は図１の対物レンズと同じようにビームｂをフォーカスするように形づくられ、そのため図１の対物レンズに置き換わる。このようにして、付加的な空間を必要としない低コストの対物レンズ３２が得られる。
【００３５】
図１の実施例における対物レンズ１２及び図２の実施例における対物レンズ３２は、片面非球面レンズ又は両面非球面レンズであっても良い。片面非球面レンズは、１つの非球面の面を持ち、両面非球面レンズは２つの非球面の面を持つ。非球面の面は屈折面を意味すると理解され、基本的な形は球面又は平面であるが、実際の形は球面収差を補償するために前記基本的な形からの少しのそれを示す。
【００３６】
光走査ユニットにおいては、フォーカスエラー及びトラッキングエラーを訂正するために前記情報層に対して前記対物レンズを移動させることは一般的な方法である。従来の装置においては、前記対物レンズは次いで前記放射源、前記検出器及びビームスプリッタ又は格子を収容する保持器に対しても移動する。前記対物レンズが一体型の素子１８に固定された光ユニットの図２の実施例においては、前記対物レンズの移動は全体の光ユニットを移動させることにより実現される。前記対物レンズの作動距離、即ち前記ディスクに面したレンズ面とディスク入射面との間の距離は、現行の距離である３乃至４ｍｍの代わりに、１．２ｍｍに減少され得る。前記対物レンズを小さな接合を持つように、即ち物体の面と前記レンズの物体側の主面との間の小さな距離を持つように設計することにより、前記光ユニットのサイズ、及び従って質量が更に減少させられることができる。
【００３７】
要約すると、ここで構成された特性及びデータは、現在利用可能な光走査装置においては別個の構成要素によって処理されている少なくとも３つの機能に置き換わるように有利に利用され得る、ＰＭＭＡのような透明なプラスチック又はガラスの単一の素子を有する光ユニット１０又は３０への本発明による光走査装置の種々の構成要素の有利な統合の、有用性及び成功を実証する。例えば、本発明のレーザガイドユニット１０及び３０は、現在利用されている光走査ユニットの、個別に作成され据え付けられた回折格子、ビームスプリッタ及び光ケースに置き換わるように有利に利用されることができる。
【００３８】
更に、本発明の光ユニット１０及び３０はコンパクト且つ軽量であり、大量生産において１個当たりの非常に低いコストを達成する見込みを持つ。その上、光ユニット１０及び３０は、低コストで、光効率が良く、コンパクト且つ高度に集積された光走査装置の製造を可能とし、そのためかような走査装置は本発明の実装の代表例である。走査動作によって生成される走査スポット及び検出器信号を供給する前記光ユニットに加えて、かような走査装置は前記光ユニット及び前記物体を互いに対して移動させる手段と、走査されている前記物体についての情報を含む情報信号に前記検出器信号を加工する電子処理手段とを有する。
【００３９】
上述したように、かような光走査装置は、コンパクトディスク（ＣＤ）、記録可能なコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、再書き込み可能なコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）及びデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）のような光ディスクを読み取るために利用され得る。本発明の光走査装置は、走査型光学顕微鏡において、及び表面検査又は表面粗度測定装置においてといったように、一般的な光走査の目的に適用されることもできる。
【００４０】
本発明の種々の目的の実現において本発明の種々の好適な実施例が説明された。これらの実施例は単に本発明の原理を説明するものであることは理解されるべきである。本発明の多くの変更及び適合は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者には容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】別個の対物レンズを持つ、本発明による光ユニットの第１の実施例を示す。
【図２】組み込まれた対物レンズを持つ、本発明による光ユニットの第２の実施例を示す。

Claims (9)

1. 走査ビームを供給する放射源と、走査されるべき物体上の走査スポットに前記走査ビームをフォーカスする対物レンズと、前記走査される物体によって反射された反射ビームを電気信号に変換する放射感応型検出器とを有する、光走査装置のための光ユニットにおいて、前記ユニットは、前記放射源及び前記検出器を収容し、ビームスプリッタを形成する組み込まれた傾斜した部分を持つ、一体型の素子を有することを特徴とする光ユニット。
2. 前記ビームスプリッタは、前記反射ビームに非点収差を導入するようなプレートとして構成されることを特徴とする、請求項１に記載の光ユニット。
3. 前記一体型の素子は、前記ビームスプリッタの第１の側に配置され前記放射源を収容するように構成された第１の壁を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の光ユニット。
4. 前記一体型の素子は、前記ビームスプリッタの第２の側に配置され前記放射感応型検出器を収容するように構成された第２の壁を有することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の光ユニット。
5. 組み込まれた回折格子が、前記放射源と前記ビームスプリッタとの間に配置されることを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の光ユニット。
6. 前記対物レンズが前記一体型の素子に組み込まれていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ユニット。
7. 前記一体型の素子はガラスでつくられたものであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ユニット。
8. 前記一体型の素子は透明なプラスチックの物質でつくられたものであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光ユニット。
9. 物体をスキャンする光走査装置であって、走査動作によって生成された走査ビーム及び検出器信号を供給する光ユニットと、前記光ユニット及び対物レンズを互いに対して移動させる手段と、走査されている前記物体についての情報を含む情報信号に前記検出器信号を加工する電子処理手段とを有する光走査装置において、前記光ユニットは請求項１乃至８のいずれか一項に記載のユニットであることを特徴とする光走査装置。