JPH0619839B2 - 光学式走査装置 - Google Patents

光学式走査装置

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JPH0619839B2
JPH0619839B2 JP1321620A JP32162089A JPH0619839B2 JP H0619839 B2 JPH0619839 B2 JP H0619839B2 JP 1321620 A JP1321620 A JP 1321620A JP 32162089 A JP32162089 A JP 32162089A JP H0619839 B2 JPH0619839 B2 JP H0619839B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体を光学的に走査する走査装置であって、
走査ビームを供給する放射光源と、走査ビームを走査ス
ポットに集束させるミラー対物レンズと、走査させるべ
き物体からの放射光を受光する放射光感知検出系とを具
える光学式走査装置に関するものである。
また、本発明は、この走査装置に使用するにふさわしい
ミラー対物レンズ並びにかかる装置を具えた光学式書込
み及び／又は読取り装置に関するものである。
（従来の技術） 走査さるべき物体は光学式記録担体の情報面とすること
ができる。この情報面は走査装置により読取られる予め
記録した情報を有することができる。その代わりに、書
込まれるべき情報に従って強度変調された走査ビームに
より情報面を書込むこともできる。上記物体は、その構
造が例えば走査装置がその一部を形成する走査型顕微鏡
によって検査されなければならない任意の種々の物体で
あってもよい。
光学式記録担体を読取るための冒頭に述べたような走査
装置は英国特許明細書第1,541,596 号より既知である。
この明細書は反射面が互いに対向する２個のミラーから
成る対物レンズを具えた光学式走査装置について述べて
いる。一方の凹面での反射側は記録担体と対向してい
る。他方のミラーはより小さく凸面でその反射側は放射
光源に面している。放射光源からの放射光は、より大き
な凹面ミラー内の通路を経て凸面ミラーに入射する。つ
いで、放射光は凹面ミラー方向に反射され、このミラー
によて記録担体の情報面にスポットとして集束する。
既知の対物レンズは記録担体に対する対物レンズの位置
を制御する磁気コイル内に懸吊される２段集束系の一部
を形成している。小さい方のミラーは圧電材料片上に取
付けられ、それによって上下に移動することもでき、こ
の結果情報面に微小範囲のデフォーカスを発生し、この
デフォーカスを検出装置によって検出し、その出力信号
からフォーカスエラー信号を取出し、このフォーカスエ
ラー信号を用いて磁気コイルによって対物レンズの位置
を再調整するように構成されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
２個の個別ミラーを互いに緊密な作業関係で使用するこ
とによって公知の走査装置は幾分複雑な構造を有し、機
械的動揺に対して敏感に対応する欠点がある。
本発明の目的は、コンパクトで堅固であるだけでなく、
ミラー対物レンズに特別な素子を設けこの特別な素子に
よって放射ビームを適当な形状のものとし、正確な走査
動作に必要とされる複数の機能を果たすように構成した
走査装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
このため、本発明の走査装置は、ミラー対物レンズが放
射源に面する第１の面と、放射源から離れた第２の面を
有する放射光透過体を具え、前記第１の面がミラー対物
レンズの光軸に対称に配置された第１の放射窓と、この
窓を包囲する第１の反射体とを有し、前記第２の面が光
軸に対称に配置された第２の反射体と、前記検出器を包
囲する第２の放射窓とを有し、第１の放射窓が放射源に
より供給される放射ビームから走査ビームと２本の補助
ビームとを形成する第１の回折素子を支持し、前記第２
の反射体が、走査される物体により反射した放射光の一
部を回折させ再び対物レンズを経て放射感知検出系方向
へ向かわせると共に、回折した走査光をフォーガスエラ
ー信号が検出系によって導出できるように変形させる第
２の回折素子を支持することを特徴とする。
本走査装置は、ミラー対物レンズ内の光路が折り曲が
り、このミラー対物レンズが一体より成るというだけで
なく、このミラー対物レンズ内に従来公知の装置におい
て個別の素子であり別個に取付けなければならない素子
が組込まれているために、コンパクトで堅固である。
第１の回折素子により形成される補助ビームは、ミラー
対物レンズにより情報面内の被走査トラックの２個の異
なる周縁上に位置する２つの補助スポットに集束され
る。それぞれの補助スポットは検出系の個別の検出器上
に再結像される。トラッキングエラー信号、即ち走査ス
ポットの中心と被走査トラックの中心線との間の偏差の
大きさ及び方向を表示する信号は、上記２個の検出器の
出力信号間の差から導き出すことができる。
第２の回折素子は走査した物体で反射した放射光の一部
を回折すると共に検出系に向けて対物レンズを通過さ
せ、この放射ビームからの１本の非点収差ビーム、又は
２本の副ビームを形成する。検出系と共働させることに
より、フォーカスエラー信号はこの非点収差ビームによ
り、もしくは２本の補助ビームにより導き出すことがで
きる。
フォーカスエラー信号は、ミラー対物レンズの集束面と
走査させるべき面との間の偏差の大きさ及び方向を表示
する信号である。
光学式走査装置において、走査ビームに加えてトラッキ
ングエラー信号を発生させる２本の補助ビームを発生さ
せる回折格子を用いることは、米国特許第3,876,842 号
より既知である点に注意されさい。然しながら、既知装
置においては、第２の回折格子を用いて投射されたビー
ムと反射したビームとを分離すること並びにフォーカス
エラー信号を発生させる技術は開示されていない。
更に、上記既知装置は、第１の格子を適切に支持するミ
ラー対物レンズを具えてはいない。
投射されたビームと反射したビームとを分離し、反射ビ
ームを２本の副ビームに分割してフォーカスエラー信号
を発生させるために光学式走査装置内に回折格子を使用
すること自体もまた米国特許第4,665,310 号より既知で
ある。然しながら、米国特許第4,665,310号による装置
の場合、２本の補助ビームを形成してトラッキングエラ
ー信号を発生させるための特別な回折素子は使用されて
いない。
本発明においては、所望の結像作用を得るために所定の
厚さを有するミラー対物レンズの２個の面上に２個の回
折素子を形成しても、第２の回折格子で発生した放射感
知検出系に進行するビームが第１の回折素子によってさ
らに別の副ビームに分割されないことが重要である。
従って、検出系上に形成した放射スポットの数は限定さ
れたままのものとなり、この結果検出系の形状は比較的
簡単な構成のものとすることができる。更に、相異なる
信号を発生させるために必要な放射スポットにおけるエ
ネルギーは依然に十分大きなもとのなる。
回折素子は例えば光透過性又は反射性の区域と光吸収性
の区域とを交互に形成した形態の振幅構体を有すること
ができる。然しながら、望ましい走査装置例は回折素子
が位相構造を有する点に特徴をもっている。
かかる位相構体は例えば面内により高く位置する区域と
低い所に位置した区域とを交互に具え、原理的に振幅構
体よりも高い回折効率を有する。
回折素子は投射レンズの表面上に設けられるため、上記
位相構体は公知の加圧レプリカ技法により比較的簡単に
形成することができる。
本発明による走査装置には種々のフォーカスエラー検出
方法を使用することができる。第１の可能性は、第２の
回折素子が非点収差を発生する素子であって、放射感知
検出系が、回折した走査ビームの主光線のまわりに４分
割した区域に配置した４個の検出器を具えることを特徴
とする装置である。
第２の回折素子により回折した走査ビームは非点収差ビ
ームに返還され、再結像された放射スポットの形状は情
報面内の走査ビームの合焦の程度により決定される。
デフォーカスの場合には、この放射スポットは、長軸が
デフオーカスの符号に応じて２つの互いに直交する方法
（以下非点収差方向と称する）の一方の方向に位置する
楕円スポットに変形される。４分割した検出器の分割線
はほぼ45゜の角度で非点収差方向へ延在する。
放射スポットの形状は、それぞれ一対の対角線状に配置
された検出器の出力信号の和を決定すると共にこれら２
個の和信号を互いに減算することによって確立される。
非点収差を発生させる素子は、非平行ビーム内に配置す
ることにより所定の範囲の非点収差を発生させる線形格
子とすることができる。それより大きな範囲の非点収差
は、非点収差を発生させる素子が直線状の格子ストリッ
プと線形に変形する格子周期を有する回折格子であると
いう特徴をもった実施例の中に実現することができる。
望ましい装置例は、回折素子が湾曲した格子ストリップ
と非線形に変化する格子周期を有するいわゆるホログラ
フィック格子によって光学系の収差を補正することが可
能になる。
フォーカスエラー信号を発生させる４分割検出器と共に
線形に変化する格子周期を有する回折格子を使用するこ
と自体は米国特許第4,358,200 号より既知であることを
指摘しておきたい。然しながら、上記特許による装置は
２本の補助ビームを形成するための第２の回折格子を具
えていない。
感温性及び制御の容易さに関する限り、上記の所謂非点
収差法に好適なフォーカスエラー検出の第２の可能性
は、第２の回折素子が２個の副格子を具え、回折した走
査ビームを２本の副ビームに分割する回折格子とし、複
合検出系が、２組の検出器対を具え、第１及び第２の副
ビームがそれぞれ第１及び第２の検出器対と共働する点
に特徴を有する実施例により実現される。
本装置では、走査スポットは２個の放射スポットとして
検出器対に再結像される。各放射スポットは、情報面に
対する走査ビームのフォーカスエラーに応じてそれと関
連する検出器対の分割線と直交する方向にシフトする。
この変位は検出器の出力信号を比較することによって検
出することができる。このフォーカスエラー検出方法は
ダブルフーコー法として知られている。
最後に述べた装置の望ましい実施例の特徴は、副格子
が、変化する格子周期を有し副格子の格子ストリップが
湾曲していることである。
格子周期が変化し格子ストリップが湾曲しているため
に、複合回折格子はレンズ作用を有し、この格子を副格
子の境界線方向に変位させることによって放射スポット
のエネルギー分布を関連する検出器対に対して対称する
ことができる。対物レンズ系と回折格子との組立体の結
像距離が、ダイオードレーザと検出器との間の光軸方向
の距離に適合しているためである。この構成は、ホトダ
イオードの形態の検出器とダイオードレーザとを１個の
部品に結合し互いに固定する場合に特に重要である。変
化する格子周期と湾曲した格子ストリップ（そのストリ
ップはホログラムとも称される）を有する複合格子は、
直線状の格子ストリップを有する格子を使用する際に生
ずるコマ（収差）や非点収差の如き結像誤差を補正する
ことができる。フーコーフォーカスエラー検出法が使用
される走査装置には原理的に２個の実施例がある。第１
の実施例の特徴は、一つの副格子の格子ストリップが他
の副格子の格子ストリップと同一の主方向を有し、副格
子の平均格子周期がそれぞれ異なり、検出器対が副格子
間の境界線に対して平行な方向に並列している点であ
る。本実施例の場合、走査ビームの副ビームは同一方向
であって異なる角度で回折する。
第２の実施例の特徴は、副格子が同一の平均格子周期を
有する一方、一つの副格子の格子ストリップの主方向が
第１の角度で延在し、他方の副格子の主方向が２つの副
格子の間の境界線に対して第２の角度で延在し、検出器
対が上記境界線の方向と直交する光に並列されている点
にある。走査ビームの副ビームは同一の角度で異なる方
向に回折することが望ましい。本実施例はその組立許容
公差、調節の容易さ安定生のために先の実施例よりも好
ましい。
ミラー対物レンズの球面収差が十分に補正され更に申し
分なく製作できる望ましい走査装置例の特徴は第２の放
射窓が非球面を有する点にある。
レンズ系の非球面は、基本形が球面であるが、その実際
の形状は球面からわずかにずれ、球面を有するレンズ素
子を使用した場合に生ずる球面収差を補正できるように
したレンズ素子の面を意味するものと解すべきである。
球面状の基本形は、また非常に大きな曲率半径を有する
ことによって上記非球面が平坦な基本形を有するように
なっている。放射窓を非球面形にすることの利点は、非
球面の形の精度が例えば反射面が非球面とされる場合に
必要とされる場合の精度よりも相当小さく、例えば６分
の１にすることができる点である。
走査装置にミラー対物レンズを使用することは、放射光
源と検出系の位置決めに関して一層有利なものとするこ
とができる。
例えば、走査装置の一例は、更に放射線が第１の放射窓
に連結されている点に特徴を有する。上記放射窓は、放
射光放出面が第１の放射窓に対向配置した半導体レーザ
とする。また上記放射光源は光ファイバを介してこの放
射窓に接続するようにしてもよい。
もう一つの走査装置例は、放射光に感知検出系が第１の
放射窓に結合される点に特徴がある。
放射源、光ファイバもしくは放射感知検出系は例えば透
明接着剤によって第１の放射窓に固定することができ
る。この結果、走査装置の光学部分全体を収納する一つ
のコンパクトで堅固な一体的な部品が得られる。
走査装置は種々の型式の放射源で構成でき単一のダイオ
ードレーザ、ダイオードレーザアレイ、又は光ファイバ
によってミラー対物レンズに直接又は間接的に結合され
ることができる放射源で構成できる。
添付図面について本発明の実施例を詳説する。
(実施例) 第１図は円形ディスク状の記録担体１の接線方向断面の
一部を示す。この記録担体は透明基板２と放射反射性情
報面３を具えている。情報トラック（その一つのみを第
１図に示す）を情報面内に形成する。記録担体が情報で
書込まれている場合、各トラックはトラック方向に沿っ
て複数の情報区域６と中間区域７とを交互に有し、上記
情報は順次の情報区域と中間区域とによって規定され
る。第１図に示す如く、情報構体は位相構体とすること
ができる。一方、情報構体は振副構体とすることもでき
る。情報構体は保護層８でコーチングすることができ
る。
情報面は、例えばダイオードレーザから成る放射源から
発呈する走査ビームb1により走査する。このビームは対
物レンズ系10により情報面内の走査スポットV1に集束す
る。記録担体を、この記録担体に対して垂直で光軸Ａ
Ａ′に対して平行でかつ座標系ＸＹＺの方向Ｚに対して
平行な軸を中心にして回転させると、走査スポットV1が
情報トラックを走査する。情報面全体は、走査スポット
と記録担体を互いに径方向へ運動させることによって走
査することがきる。
対物レンズ系はミラー対物レンズであり、放射源側の第
１の屈折面12と記録担体側の第２の屈折面13とで規定さ
れる放射透過体を具える。
第１の面は光軸を中心にして対照的に配置した第２の反
射体14を有している。この窓を反射部分15で包囲する。
第２面13は光軸を中心にして対照的に位置する第２反射
体16とこの反射体を包囲する放射窓17とを有している。
走査ビームb1は第１の窓14を経て対物レンズ10に入射
し、第２の反射体により反射するので、既に発散してい
る走査ビームはさらに発散することになる。従って、こ
のビームは第１の反射体15のほぼ全面にわたり、この反
射体15により走査ビームは集束ビームとなり、第２窓17
及び透明基板２を経て情報面３上に走査スポットとして
集束する。
情報面により反射された対物レンズ系に入射した放射光
は、ミラー対物レンズを反対方向に通過し、放射スポッ
トV1,1として集束する。上記放射スポットV1,1は、その
他の処理を受けない場合、放射源９の出射面に入射する
ことになる。後述するように、反射ビームb1′は投射ビ
ームb1から分離される。放射感知検出系20はビームb1′
の光路内に配置する。記録担体を読取る間に、反射した
走査ビームb1′は読取られた情報に従って強度変調さ
れ、放射感知検出系は強度変調を電気信号に変換し、こ
の電気信号に基づいて更に処理操作を行うことができ
る。
ミラー対物レンズ10により集束されたビームは球面収差
を呈する。米国特許第4,668,056 号より周知の如く、非
球面を使用することによってこの収差を補正することが
できる。反射面15を非球面とすれば、比較的大きな回折
結像視野が得られることは自明である。一方、本発明で
は放射窓14，17の一方もしくは双方の面を非球面とす
る。この場合結像視野は小さくなるけれども、観察しよ
うとする物体については回折スポットによって面を走査
することにより結像視野は依然として十分大きいことが
判明している。放射窓を非球面にする大きな利点は、非
球面系の精度に課せられるべき条件が反射面に対する条
件よりもあまり厳しくなくてすむという点である。光が
透過する場合における非球面の場合、その形状許容公差
は 倍だけ反射の場合の公差よりも大きい。この場合、n1は
レンズ材質の屈折率であってn2は周囲媒質の屈折率であ
る。
ミラー対物レンズの放射窓14，16の一方もしくは双方に
非球面形を付与するためには、従来レンズの表面に非球
面形を付与するための米国特許第4,668,056 号に述べら
れた技術を使用することができる。その場合、放射窓の
非球面が、球面上に設けられる透明な合成材料の非球面
形外側面により構成されるミラー対物レンズが得られ
る。
上記合成材料はポリマー化可能な合成材料、例えば窓上
に液体上で形成され金型により所望の形状とされる紫外
線放射の作用により硬化されるものでよい。
第１図による実施例の場合、より大きな窓17は非球面18
を有している。この実施例は、第１の実施例における回
折によって限定された画像視野が第２の実施例の場合よ
りも大きいため、小さい方の窓14が非球面状である第２
の実施例よりも好ましい。
表面を走査する際、走査ビームは常にこの表面上に鋭く
集束させる必要がある。このため、この走査装置は対物
レンズの焦点面と走査さるべき表面との間の偏差を検出
する手段を具える必要がある。これらの検出手段により
供給される信号すなわちフォーカスエラー信号を用いて
例えばミラー対物レンズと走査さるべき表面とを光軸に
沿って互いに変位させることによりフォーカシング補正
することができる。更に、表面から発し対物レンズによ
り受光される放射光を、放射源より発する放射光から分
離する必要がある。最後に、特に情報トラックを有する
情報面を走査する場合、走査スポットの中心をつねに走
査されるトラックの中心線と一致させる必要がある。こ
のため、本装置は走査スポットの中心とトラックの中心
線との間の偏差を検出する手段、即ちトラッキングエラ
ー信号を発生する手段を具える必要がある。その場合に
は、トラック中心線に対する走査点の位置は、例えば、
情報面と放射光源９、対物レンズ10および検出系20を具
える光学式読取装置と情報面とを径方向、すなわち第１
図のＸ方向に互いに変位させる信号により補正すること
ができる。
上記作用を実行するために、本発明によるミラー対物レ
ンズは第１の放射窓14上に配置した第１の放射透過性回
折素子30と第２の反射体16上に配置した第２の反射性回
折素子40とを具える。この場合、ミラー対物レンズが、
所定の厚さを有しているので２個の回折素子が所望の最
小距離よりも大きな相互距離で存在し、しかも第１の回
折素子30が放射光源に近接して配置され従って小さな寸
法とすることができる。
回折素子40、例えば回折格子を米国特許第4,665,310 号
に述べられた既知の方法で用い、所望のビーム分離を実
現すると共に反射ビームをフォーカスエラー信号を発生
するために適当な形状とする。この回折格子は、情報面
３により反射され対物レンズ系10を通過する走査ビーム
を非回折零次副ビームと複数の一次及び高次の副ビーム
に分割する。
これらのビームの一つ、特に一次服ビームは放射感知検
出系上に入射し、フオーカスエラー信号を発生するため
に使用される。格子パラメータ、特に格子ストリップの
幅と中間格子ストリップの幅の比及び格子溝の深さ及び
形状は、放射光の最大量が検出系に入射するように選択
することができる。
第２図は既知の放射感知検出系20及びそれと関連する回
折格子40の斜視図を示す。ビームb1は、格子40の領域に
おける断面として示す。この格子40は境界線41により互
いに分離された２本の副格子42と43を具える。副格子の
格子ストリップはそれぞれ参照番号44，45により示され
る。これらの格子ストリップは中間ストリップ46，47に
より分離する。本例において、副格子は同一の格子周期
を有するが、副格子42の湾曲した格子ストリップ44の主
方向は境界線41に対して第１の角度で延在し、第２の副
格子43の湾曲した格子ストリップ45の主方向は境界線に
対して第２の、殊に大きさが等しいが反対の角度で延在
する。副ビームはほぼ主方向と直交する方向に回折され
る。主方向は互いに異なっているため、副ビームb1,1と
b1,2はＹＺ面内で異なる角度で回折する。すなわち、検
出器面すなわち、ＹＸ面内において放射スポットV1,1及
びV1,2はＹ方向に互いに変位する。本図及びその他の図
において、基準値Ｘ，Ｙ，Ｚはその原点０がダイオード
レーザの９の放射面の中心と一致する座標系軸である。
細い分割線25，26による分離されているホトダイオード
21，22及び23，24の形態をした放射感知検出器はそれぞ
れ副ビームb1,1とb1,2の各々と関連している。これら検
出器は、情報面３上でビームb1が合焦している場合に副
ビームb1,1とb1,2により形成された放射スポットV1,1と
V1,2の強度分布がそれぞれ検出器21，22及び23，24に対
して対称となるように位置決めする。フォーカスエラー
が発生すると、放射スポットV1,1とV1,2は第3a図と第3b
図に示すように比対称的に大きくなる。本図は、分割線
25，26が、原点０と複合検出器の中心Ｍとの間の接続線
ＣＬに対してそれぞれ＋φと−φの角度で延在する公知
の複合検出器を示す。上記接続線は第２図と第３図の検
出器対20，22及び23，24間の分離ストリップ27と一致す
る。第3a図において、ビームｂの焦点は情報面３の前側
に位置し、一方、第3b図は情報面の後側の面内に位置す
る。
検出器21，22，23，24の出力信号をそれぞれS21，S22，
S23，S24 で表示すると、フォーカスエラー信号Sf は、 Sf ＝(S21＋S24)−(S22＋S23) によって与えられる。読取られる情報に比例する信号、
即ち情報信号 Siは、 Si＝S21＋S22＋S23＋S24 によって与えられる。
第１図の格子30はトラッキングエラー信号を発生するた
めに使用される。本図に示す如く、この格子は、放射光
源９からのビームｂを、非回折零次ビームb1、＋１次回
折ビームb2、−１次回折ビームb3及び複数の高次回折ビ
ームに分割する。最後に述べたビームは本発明にとって
重要ではない。何故ならば、それらは対物レンズ系10の
外側へ大きく回折し強度が低いためである。格子30は直
線状の格子線、例えば一定の格子周期を有する単一の、
即ち非分割の格子である。この格子のパラメータ、殊に
格子ストリップの幅と中間格子ストリップの幅との比、
及び格子溝の深さ及び形状は、入射ビームｂのほぼ全放
射量がビームb1，b2及びb3となるように選ぶことができ
る。更に、ビームb1の強度が各ビームb2，b3の強度より
も数倍大きく、例えば６倍以上となるようにすることが
できる。
ビームb1は主ビームすなわち走査ビームであって情報面
３内に走査スポットV1を形成する。ビームb2及びb3は情
報面内に２個の補助スポットV1，V3として対物レンズ系
10により集束される補助ビームである。補助ビームV2，
V3は、格子30により反対の角度で回折するため、トラッ
ク方向に見た場合補助スポットV2，V3は走査スポットV1
の何れか一方の側に位置する。
格子30の格子ストリップの方向と有効トラック方向との
間の角度は90−αであり、αは第4a図に示すように微小
である。本図は格子ストリップ31と中間ストリップ32と
を有する格子10の一部を平面として示す。線４′は、走
査されるトラックの中心線の格子30の面における投影で
ある。この線は有効トラック方向を示す。角度αを適当
に選択することによって、走査スポットV1の中心から走
査されるトラックの中心線上に位置した場合、第4b図に
示す如く、補助スポットV2の中心がこのトラックの一方
の周縁上に位置し補助スポットV3の中心が他方の周縁部
上に位置するようにできる。放射感知検出系20におい
て、各補助ビームに対して個別の検出器を用いることが
できる。補助スポットV2，V3がトラックを等しい範囲で
カバーする第4b図に示す場合にあっては、上記検出器の
出力信号は等しくなる。トラッキングエラーが発生する
と、補助スポットの一方の中心はトラックの中心線方向
に変位し、他方の補助スポットの中心は中心線から離れ
る方向に移動し、上記個別の検出器の出力信号は等しく
なる。かくして検出器の出力信号間の差はトラッキング
エラー信号を表わす。
走査ビーム及び情報面により反射された２本の補助ビー
ム（そのうち周辺光線だけを第１図に示す）は、格子40
の上に入射する。この格子はビームb1について第２図に
関して説明したと同一の方法で各ビームを処理する。各
ビームは検出系20の方向に大きく回折されると同時に２
本の副ビームに分割される。例えばＹ方向に分割される
ビーム分割は、わかりやすいように第５図に別個に示し
てある。この図もまた２個の副格子42，43より成る回折
格子40を示す。上記回折格子40は第２図の回折格子に対
して90゜回転配置されている。反射した走査ビーム及び
２本の補助ビームの格子40の領域における端面は、それ
ぞれ実線円b1と半実線ならびに半破線円b2，b3により示
される。格子40はビームb1，b2，b3を２本の副ビーム
b1,1；b1,2；b2,1；b2,2′及びb3,1；b3,2にそれぞれ分
割する。副格子42は副ビームb1,1；b2,1及びb3,1を右方
向へ回折させる。上記副ビームは複合検出器20上の放射
スポットV1,1；V2,1及びV3,1上に集束する。副格子43は
副ビームb1,2；b2,2及びb3,2を左方向へ回折させ、これ
ら副ビームは放射スポットV1,2；V2,2及びV3,2として集
束する。複合検出器はそれぞれ放射スポットV1,1とV1,2
について２組の検出器対21，22及び23，24から成り、一
方の検出器50は放射スポットV2,1とV1,2について２組の
検出器対21，22及び23，24から成り、一方の検出器50は
放射スポットV2,1とV2,2用のものであり、検出器51は放
射スポットV3,1とV3,2に対して用いる。
第６図において、形成された放射スポットとそれに関連
する検出器を再び示す。本図はまた、ダイオードレーザ
９の放射面を複合検出器に対してどのように配置するか
を示す。検出器50，51の出力信号をそれぞれS50 とS51
により表わすと、トラッキングエラー信号 Srは Sr＝S50−S51 により与えられる。
フォーカスエラー信号は Sf＝（S21＋S24）−（S22＋S23） となり、情報信号 Siは、 Si＝S21＋S22＋S23＋S24 により与えられる。
本発明による装置の特徴は、検出器上の放射スポットの
数が、必要な機能に対して必須な原理的に最小数に限定
されることである。その結果、検出系を比較的簡単にで
き、本検出系上の放射スポットの強度を検出器の出力信
号が十分強力になるように十分大きくすることができ
る。
フーコーフォカスカラー検出方法を行なうため、反射ビ
ーム(b1)は２本の副ビームに分割される必要がある。ま
た反射した補助ビーム（b2，B3）も複合格子40内を通過
しなければならないから、これらのビームも不可避的に
２本の副ビームに分割される結果、合計６本のビームが
発生する。本発明では、放射光路中に２個の回折格子を
順次配置しているにもかかわらずビーム本数を原理的に
必要な最小本数とするため特別な方法を採用する。
原理的に、回折格子(30)は第１の回折格子(40)の上法に
配置することができる。その場合、格子30により形成さ
れる３本のビームb1，b2，b3は、記録担体により反射さ
れた後再びこの格子を通過し更に９本のビームに分割さ
れることになる。その後これらのビームは格子40を通過
して合成18本のビームを発生することになる。ビーム数
は、格子30を格子40の後側に配置することによって制限
することができる。その他の措置がなければ、この位置
決めにでは、ビーム本数は依然として余りに大きすぎる
ことになろう。事実、格子40からのビームは格子30内を
通過し更に分割されることによって６本以上のビームが
検出器上に入射することになる。これは、所定の厚さを
有するミラー対物レンズの面12及び13上に滑節格子30及
び40を配置すると共に、回折格子30を小さくして放射源
に近接配置することにより回避される。従って、格子40
から発し検出器20へ向かうビームは、最早格子30を横切
ることはできない。
同様に、レーザビームが放射光源から情報面へ至る放射
光路上であまり多く分割されることを防止するための手
段も講ぜられる。既に述べた如く、格子30により放射光
を走査ビーム及び２本の補助ビーム内にできるだけ多く
集光するようにしてある、複合格子40を適切に形成し、
光路上の格子により第一次及び高次に回折した放射光が
放射点V1から比較的大きな距離をもって情報面に入射さ
せ、情報面で反射され格子40を通る第２の光路を通過し
た後、上記高次放射光が所望信号に対してほとんど影響
を及ぼさないように構成する。
フーコーフォーカスエラー検出方法を使用する装置に関
する上記概念は、勿論、格子40が副分割されていないた
めに、最後に述べた装置の場合検出器上の放射スポット
の数が原理的に小さいという理解に基づいて非点収差フ
ォーカスエラー検出を使用する装置にも適用される。
第５図及び第６図に図示する実施例において、“フーコ
ー放射スポット”V1,1とV1,2は一方では補助スポット
V2,1とV2,2の間に位置し、他方では補助スポットV3,1と
V3,2の間に位置し、１組の補助スポット用に１個の検出
器だけですむ利点がある。ただし、副ビームb1,1とb1,2
の間の角度、つまり格子ストリップ44，45の間の角度の
選択は制限されている。第７図はこの概念に関しより大
きな選択の自由度を与える複合検出系の形状を示す。本
例の場合、格子40により実現される検出系20の面におけ
る分離は、格子30により実現される分離よりも大きい。
従って、放射スポトV1,2及びV1,1は、それぞれ放射スポ
ットV1,2とV2,2及びV3,2もしくは放射点V1,1とV2,1及び
V3,1よりも互いに大きな距離をもって位置する。
各々の放射スポットV2,2及びV2,1と放射スポットV3,2及
びV3,1に対してはそれぞれ個別の検出器を利用すべきで
ある。
放射スポットV2,2及びV2,1並びにスポットV3,2及びV3,1
に対して１個の検出器しか必要ではなく、副ビームb1,1
とb1,2の間の角度に対しては依然として十分な選択の自
由度が存在する実施例は、格子30によるビーム分割が格
子40により行なわれるものよりも異なる方向に実現され
る実施例である。本実施例は第２図と組合わされた第１
図に示す実施例に対応する。第８図は本実施例の検出器
形を示し何らそれ以上の説明を要しない。
第２図の複合格子だけでなく第９図に示す回折格子40は
フォーカスエラー信号を発生するために使用することが
できる。本図はその副ビームb1,1とb1,2を有する格子面
内の走査ビームb1の断面図である。２個の副格子42，43
の湾曲した格子ストリップの主方向は、境界線41に対し
て同一の角度に延びる一方、２個の副格子の平均格子周
期は異なっている。そのため、副ビームb1,2が回折する
角度は副ビームb1,1が回折する角度と異なっている。こ
のことは検出器21，22，23，24の面内で放射ストリップ
V1,1とV1,2が境界線41の方向に互いに変位するというこ
とを意味する。
本発明によれば、第９図に示す格子は２本の補助ビーム
を形成する格子とも組合わされる。最後に述べた格子に
よる回折がＹ方向に発生すると共に第９図による格子に
より回折がＸ方向にする場合、検出系は第10図に示すよ
うな形を有する。
格子40についても、２個の副格子42，43の湾曲した格子
ストリップの格子周期及び主方向の双方共に相異させる
ことができる。かかる格子の作用は、第２図と第９図の
格子の回折格子の組合せであると考えられる。従って、
副イームb1,1は副ビームb1,2と異なった角度に互いに垂
直な直交する２つの方向に回折する。複合検出器20の面
において、放射スポットV1,1とV1,2は互いに直交する２
個の方向に互いに変位する。
第２図に示す複合回折格子はその製作上の許容公差が優
れていて調節しやすく安定しているために、第９図に示
すものよりも優れているという点に注意されたい。
副格子42，43は直線状の格子ストリップ及び一定の格子
周期を有する。然しながら、変化する格子周期と、例え
ば数パーセント程度の平均格子周期の周期変化を有する
ホログラムとも称されるタイプの格子を使用することが
望ましい。更に、第２図と第９図に示すように２個の副
格子の格子ストリップは湾曲している。かくして、これ
ら副格子はレンズ作用を有する。格子周期が変化するた
めに放射スポットV1,1及びV1,2の位置は、格子40をそれ
自身の面内で変位させることによって変化させることが
できる。境界線41の 方向に対して直交する方向への収差は、格子ストリップ
の曲率により最小のものとすることができる。一体化し
たレーザホトダイオードユニットを使用する場合、即
ち、ダイオードレーザと光検出器が一つの支持体上に配
置され従って互いに固定されＺ方向の固定の相互間距離
を有する部品を使用する場合、放射スポット位置を移動
させる可能性は特に重要である。この距離は製作上の許
容差を受け、装置組立中にホトダイオードをレーザダイ
オードに対してＺ方向に変位させることにより補正する
ことはできない。
第９図による実施例の場合、副ビーム、とりわけb1,1及
びb1,2が副格子12，43の相異なる平均格子周期により互
いに異なる角度で回折するが、副ビームの焦点は複合検
出形の面に対して平行な面内に位置する。副格子の対応
する部分の格子ストリップの格子周期及び曲率に重なる
変化を与えることにより副ビームの焦点は複合検出系の
面に平行な面内に位置する。
直線状格子ストリップを有する格子と比べて湾曲した格
子ストリップを有する回折格子の重要な利点は、直線状
格子ストリップの回折格子を使用する場合に発生するお
それのあるコマ収差や非点収差の如き光学収差を、この
格子を作製する際にこれらの収差を考慮に入れ格子スト
リップの曲率を適合させることにより回避できることで
ある。
第11図は発射された走査ビームb1を非点収差ビームb1′
に変換する格子70を示す。この格子は直線状の格子スト
リップ71と線形に変化する格子周期を有する。格子はビ
ームｂの放射が１次回折で例えば＋１次回折で大きく回
折するように適切な寸法とする。第１次ビームb1′はも
はや点状に集束せず、２本の互いに直交する焦線75，76
に沿って集束する。焦線75は格子が非点収差形でない場
合ビームb1′が合焦する位置に位置する。フォーカスエ
ラーが発生すると、焦線75と76は同時に同一方向に同一
距離にわたって変位する。走査ビームが情報面上に合焦
する場合に焦線により占められる位置間のほぼ中央の面
内にいわゆる４分割検出器80を配置する。第12図に示す
この検出器は、回折ビームb1′の主光線の周囲の４分割
した位置に配置した４個の検出器81，82，83，84を有し
ている。走査ビームが情報面３上に合焦している場合、
検出器の面内のビームb1′により形成される放射スポッ
トV1，は第12図の実線円により描かれるように円形とな
る。フォーカスエラーが発生すると、放射スポットV1，
は第12図に破線の楕円により示されるような楕円形スポ
ットに変形する。楕円の長軸は分割線85，86に対して45
゜の角度で延在する。角度の符号はフォーカスエラーの
符号により決定される。検出器81，82，83，84の信号を
S81，S82，S83，S84により表わすと、フォーカスエラー
信号 Sfは Sf＝(S81＋S83)−(S82＋S84) によって与えられる。
第２の格子（第１図の30）を２本の補助ビームb2，b3を
形成する非点収差格子70と共に走査装置内に配置すれ
ば、複合検出形は第12図に示す形態とする必要がある。
反射した補助ビームb2，b3によりそれぞれ形成される各
放射スポットV2′とV3′について一つの非分割検出器8
7，88を設ける。これまで格子30の格子ストリップはト
ラック方向とほぼ直交する方向Ｘ方向に延在し、格子70
の格子ストリップはＹ方向に延在するものとした。しか
しながら、格子70と30の双方の格子ストリップを有効ト
ラック方向とほぼ直交するように設定することも可能で
ある。
第11図と第12図に示す装置では、分割線85及び86は有効
トラック方向に対して45゜の角度で延在する。トラッキ
ングエラーが発生すると、放射スポットS1′の強度分布
の重心はＸ方向に左右に変位する。その結果、トラッキ
ングエラーはフォーカスエラー信号に影響を及ぼすおそ
れがある。
かかる不具合は、例えば非点収差格子を、この格子で通
過する走査ビームb1′の非点収差焦線が第11図の分割線
に対して45゜回転するように位置決めすることによって
防止することができる。４分割検出器の分割線85，86
は、第12図の分割線に対して45゜回転させることがで
き、トラック方向に対してそれぞれ平行又は垂直になる
ように回転できる。トラッキングエラーが発生すると、
検出器81及び84上に入射する放射光量は検出器82及び83
に入射する放射光量よりも増加し又は減少する。検出器
82，83からの信号と共に検出器81，84からの信号は互い
から減算することによりフォーカスエラーが決定される
ので、トラッキングエラーはフォーカスエラー信号に対
して何らの影響も与えない。
以上、読取り装置に使用する場合について本発明を説明
してきたが、本発明は記録中に書込みビームのフォーカ
シング及びトラッキングを監視するような書込み装置も
しくは書込み／読取り装置12に使用することもできる。
上記フォーカスエラーおよびトラッキングエラー検出系
は情報面３の特殊な性質を利用してはいない。この表面
が反射性でトラック構造を有することで必要かつ十分で
ある。それ故、本発明は非常に正確な読取りが必要とな
る種々の装置、例えば、顕微鏡にも使用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による走査装置の一実施例の構成を示す
線図、 第２図は回折格子とそれに関連するフォーカスエラー信
号発生用複合検出系の第１実施例の線図、 第３ａ図及び第３ｂ図はフォーカスエラーが発生すると
きの検出系上における放射スポットの変化を示す線図、 第４ａ図及び第４ｂ図はそれぞれ補助ビーム形成用格子
とトラック構造の一部の構成する平面図、 第５図は走査ビーム及び補助ビームがいかにして複合回
折格子と複合検出器上に形成された放射スポット位置に
より回折され分割されるかを示す線図、 第６図は第２図の格子と関連する複合検出系の一例の構
成を示す線図、 第７図及び第８図は第２図の回折格子と関連する複合検
出系の第２及び第３の実施例を示す線図、 第９図はフォーカスエラー信号発生用回折格子の第２実
施例を示す線図、 第10図はこの格子と関連する検出系の構成を示す線図、 第11図はフォーカスエラー信号発生用の非点収差格子の
一例の構成を示す線図、 第12図は上記格子と関連する複合検出系の構成を示す線
図である。 １……記録担体、２……透明基板 ９……放射光源、10……ミラー対物レンズ V1……走査スポット、ＡＡ′……光軸 12……第１の屈折面、13……第２の屈折面 14……第１の放射窓、17……放射窓 20……感知検出系

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】走査ビームを供給する放射源と、上記走査
    ビームを走査スポットに集束させるミラー対物レンズ
    と、走査されるべき物体からの放射光を受光する放射感
    知検出系とを具える物体を光学的に走査する走査装置に
    おいて、前記ミラー対物レンズが放射源と対向する第１
    の面及び放射源から離れた第２の面を有する放射透過体
    を具え、上記第１の面が、ミラー対物レンズの光軸に対
    して対称的に位置する第１の放射窓、及びこの放射窓を
    包囲する第１の反射体を有し、上記第２の面が、光軸に
    対して対称的に位置する第２の反射体、及び上記検出器
    を包囲する第２の放射窓を有し、前記第１の放射窓に放
    射源により供給された放射ビームから走査ビームと２本
    の補助ビームとを形成する第１の回折素子を設け、前記
    第２の反射体に、走査されるべき物体により反射した反
    射光の一部を回折させると共に前記放射感知検出系に向
    けて再びミラー対物レンズを通過させ、且つ放射感知検
    出系によりこれらビームからフォーカスエラー信号を取
    り出すことができるように回折した走査ビームを変形す
    る第２の回折素子を設けたことを特徴とする光学式走査
    装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の光学式走査装置において、
    前記回折素子の少なくとも一つが位相構体を有する光学
    式走査装置。
  3. 【請求項３】請求項１もしくは２記載の光学式走査装置
    において、前記第２の回折素子を非点収差を発生する素
    子とし、前記放射感知検出系が、回折した走査ビームの
    主光線の４分割した領域に配置した４個の検出器を具え
    ることを特徴とする光学式走査装置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の光学式走査装置において、
    前記第２の回折素子を、直線状の格子ストリップ及び線
    形に変化する格子周期を有する回折格子としたことを特
    徴とする光学式走査装置。
  5. 【請求項５】請求項３記載の光学式走査装置において、
    前記の回折素子を、湾曲した格子ストリップ及び非線形
    に変化する格子周期を有するホログラフィック回折格子
    としたことを特徴とする光学式走査装置。
  6. 【請求項６】請求項１もしくは２記載の光学式走査装置
    において、前記第２の回折素子を、２個の副格子を有し
    回折ビームを２本の副ビームに分割する回折格子とし、
    前記放射感知検出系が２個の検出器対を具え、第１及び
    第２の副ビームが第１及び第２の検出器対とそれぞれ共
    働するように構成したことを特徴とする光学式走査装
    置。
  7. 【請求項７】請求項６記載の光学式走査装置において、
    前記副格子が変化する格子周期を有し、これら副格子の
    格子ストリップが湾曲していることを特徴とする光学式
    走査装置。
  8. 【請求項８】請求項６又は７記載の光学式走査装置にお
    いて、前記一方の副格子の格子ストリップが、他方の副
    格子の格子ストリップと同一の主方向を有し、２個の副
    格子の平均格子周期が互いに異なり、前記放射感知検出
    器対も、副格子間の境界線に対して平行な方向に並置し
    たことを特徴とする光学式走査装置。
  9. 【請求項９】請求項６又は７記載の光学式走査装置にお
    いて、前記副格子が互いに同一の平均格子周期を有し、
    一方の副格子の格子ストリップの主方向が第１の角度で
    延在し、他方の副格子の格子ストリップが２個の副格子
    間の境界線に対して第２の角度で延在し、前記放射感知
    検出器対を上記境界線の方向と直交する方向に並置した
    ことを特徴とする光学式走査装置。
  10. 【請求項１０】請求項１〜３のいずれか一に記載の光学
    式走査装置において、前記第２の放射窓が非球面を有す
    ることを特徴とする光学式走査装置。
  11. 【請求項１１】請求項１〜10のいずれか一に記載の光学
    式走査装置において、前記放射光源を前記第１の放射窓
    に連結したことを特徴とする光学式走査装置。
  12. 【請求項１２】請求項１〜11のいずれか一に記載の光学
    式走査装置において、前記放射感知検出系を前記第１の
    放射窓に連結したことを特徴とする光学式走査装置。
  13. 【請求項１３】請求項１〜12のいずれか一に記載の光学
    式走査装置に使用するに適当な２個の回折素子を具えた
    ミラー対物レンズ。
  14. 【請求項１４】請求項１〜13のいずれか一に記載の走査
    装置を具える光学式書込み及び／又は読取り装置。
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