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JP2006522990A - 光学走査装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、情報層を具えている光ディスクのような光記録担体を走査するための光学走査装置、及びそれに使用する光波面変更器に関する。走査装置は、入射放射ビームを放つ放射源(9)と;情報層から反射された放射ビームを受けて、該ビームにおける情報信号を検出すべく配置した情報信号検出器(25)を具えている検出系と;入射放射ビームを記録担体上のスポットに集束させ、且つ反射放射ビームを情報信号検出器に向ける光学系(14,12)と;入射放射ビーム及び反射放射ビームの光路内に配置した光波面変更器(10)とを具えている。入射放射ビームは、該ビームが光波面変更器に入射する前の所定位置(L)にて第1の波面形状を有し、且つ反射放射ビームは、光波面変更器を通過した後の前記所定位置にて第2の波面形状を有する。本発明の実施例では、前記第2の波面形状が前記第1の波面形状とは大幅に異なるように、入射放射ビーム及び反射放射ビームを波面変更すべく光波面変更器を配置する。第2の波面形状は、反射放射ビームの光路が入射放射ビームの光路よりも短くなる形状として、光学走査装置をさらに小型化し得るようにする。

Description

本発明は、情報層を具えている光ディスクのような記録担体を走査するための光学走査装置、及びそれに使用する光波面変更器に関する。走査装置は、入射放射ビームを放つ放射源と;情報層から反射された放射ビームを受け取って、該放射ビームの情報信号を検出すべく配置した情報信号検出器を具えている検出系と;入射放射ビームを記録担体上のスポットに合焦させると共に、反射放射ビームを情報信号検出器上に向ける光学系とを具えている。
光ディスク技術の分野では、光学走査装置に関連して、性能の向上、小型化、単純化、信頼性の促進、及びコストの低減化がいずれも重要な切望事項である。
小型化の問題に対処する場合に、企業は、極めて小さなスペースでかなりの量の機能性を発揮することの能力で知られている半導体技術の分野に期待を寄せていた。例えば、デジタルビデオディスクの再生用光源として、企業は、低雑音の赤色半導体レーザダイオードを開発し;また単一チップ上に集積化した本来2つのレーザである二波長のCDレーザカプラーを開発して、二波長放射源に関連するスペースの問題を解決していた。これら双方の開発は、光学走査装置の小型化及びコスト低減化にとって飛躍的な前進に役立ち、それ以来、多くの企業はこうした半導体デバイスに取って代わるものや、改善したものを開発している。しかしながら、光学走査装置の小型化は、究極的にはディスクを走査するのに用いられる放射ビームと、光ディスク上の特定の位置に放射を向けるのに必要とされるコンポーネント(即ち、放射ビームの光路)との特性によって制約される。例えば、コリメータレンズの焦点距離及び開口数は主として、容易に変えることができない対物レンズの瞳径及び周辺強度のような固定のシステム選択対象によって決定される。その結果、放射源とコリメータレンズとの間の距離も固定される。従って、放射源を小さくしても、光ピックアップデバイスの寸法は光路要件によって制約される。
このようなことからして、より少ないスペースを占めるように光路を変更し得るようにするのが望ましいことになる。
本発明の第1の態様によれば、情報層を具えている光記録担体を走査するための光学走査装置であって、
入射放射ビームを放つ放射源と;
情報層から反射された放射ビームを受けて、該反射放射ビームの情報信号を検出すべく配置した情報信号検出器を具えている検出系と;
入射放射ビームを記録担体上にスポットとして合焦させる第1光学手段及び反射放射ビームを情報信号検出器上に向ける第2光学手段を有し、第1光学手段及び第2光学手段は、入射放射ビーム及び反射放射ビームをこれら両手段間にてコリメートするように配置される光学系と;
コリメートされた入射放射ビームの光路内及びコリメートされた反射放射ビームの光路内に配置した光波面変更器と;
を具えており、入射放射ビームは、該ビームが光波面変更器に入射する前の所定位置にて第1の波面形状を有し、且つ反射放射ビームは、光波面変更器を通過した後の前記所定位置にて第2の波面形状を有する、光学走査装置において、
前記光波面変更器は、前記第2の波面形状が前記第1の波面形状とは大幅に異なるように前記コリメートされた反射放射ビームを屈折させるべく配置されるようにしたことを特徴とする光学走査装置が提供される。
本発明の好適例では、情報層と情報信号検出器との間の光路長が放射源と情報層との間の光路長よりも短くなるように波面変更を行なう。好ましくは、検出器とビームスプリッタコンポーネントとの間の距離が、放射源とビームスプリッタコンポーネントとの間の距離の1/2以下とする。従って、好適実施例において、信号検出目的のための反射された放射波面の形状は、それが従来の装置におけるよりも早めに変更され、このことは、光学走査装置が従来の装置によって必要とされたスペースよりも少ないスペースを占めることを意味する。
好ましくは、光波面変更器は、検出系にフォーカスサーボ信号を生成するように、フォーカスサーボ波面変更を行なうべく配置する。その一例では、光波面変更器は、好ましくは円柱レンズによって非点収差波面変更を与えるべく配置する。第二例では、光波面変更器は、反射された放射ビームを2つのサブビームに分割して、ビーム分割波面変更を与えるべく配置する。好ましくは、このような波面変更は二重のウェッジ構体か、格子のいずれかによって与える。
光波面変更器は、反射放射ビームを検出系上に少なくとも部分的に集束させるように、合焦波面変更を与えるべく配置する。反射放射ビームを2つのサブビームに分割すべく光波面変更器を配置する場合に、合焦波面変更は光波面変更器の表面の少なくとも一部に沿う湾曲面によって与えることができる。
光波面変更器は、そこを通過する放射の偏光に応じて屈折率が変化する複屈折構体で構成するのが有利である。このようにすれば、光波面変更器は入来ビームの偏光に応じて、その入来ビームの光路を変化させる。本発明の好適例では、入射放射ビームに対してはゼロ変更するように光波面変更器を配置して、入射放射ビームが光波面変更器によって影響されないようにする。好ましくは、光波面変更器を入射放射ビームのコリメートされた部分に位置させる。
本発明のさらなる目的、利点及び特徴を、以下添付図面を参照して特に本発明の好適実施例についての説明により明らかにする。
図1a及び1bは、光記録担体2を走査するための光ヘッドを含む、本発明の実施例に従って配置した光学走査装置1の要素を示す。先ず図1aを参照するに、記録担体は透明層3を具えている光ディスク状のものであり、透明層の片側には情報層4が配置されている。情報層の透明層とは反対側は、保護層5によって周囲の影響から保護される。透明層の走査装置に面する側を入射面6と称する。透明層3は、情報層に対する保護及び/又は機械的な支持をすることにより、記録担体用の基板として作用する。情報は、記録担体の情報層4に、図1aには示してないが、ほぼ平行で、同心的又は螺旋のトラック状に配置される光学的に検出可能なマークの形態で記憶させることができる。マークは、光学的に読み取り可能な任意の形態、例えば周りのものとは異なる反射係数又は磁化方向を有するピット又は領域状のもの、或いはこれらを組み合わせたものとすることができる。
走査装置1は、放射ビーム7を放つ半導体レーザ形態の放射源9を具えている。放射ビームは光記録担体2の情報層4を走査するのに用いられる。ビームスプリッタ13、本例ではP‐タイプ偏光を通す偏光ビームスプリッタは、光路1’上の発散放射ビーム8をコリメータレンズ14の方へと通し、このレンズ14は発散ビーム8をほぼコリメート(視準)されたビーム15に変換する。走査装置1は光波面変更器10及び偏光回転素子14Aも具えており、これらはビームスプリッタ13と光記録担体2との間に位置付けられている。入射ビームが光波面変更器10に入射する前の所定の位置Lにおける入射放射ビームの波面はほぼ平坦である(これは、入射放射ビームが位置Lではコリメートされているからである)。光波面変更器については以下詳細に説明する。
コリメートされたビーム15の光路には対物レンズ12が位置付けられており、これはコリメートされた放射ビーム15を収束ビーム16に変換し、このビーム16は走査される情報層4上にスポットとして合焦される。1/4波長のリターダ板とすることができる偏光回転素子14Aは、コリメータレンズ14と対物レンズ12との間に置かれ、これは反射ビームと入射ビームとの間に90°の回転偏光をもたらす。
図1bを参照するに、収束ビーム16は、情報層4により反射されて、順方向収束ビーム16の光路1’に沿って戻る発散反射ビーム20を形成する。対物レンズ12は、反射ビーム20をほぼコリメートされた反射ビーム21に変換して、これを光波面変更器10に通す。光波面変更器10は、反射ビームの波面の形状を変更して、コリメートされた反射ビーム21を収束ビーム23に変換する。所定位置Lにおいては、反射放射ビームは収束しているから、この際、反射放射ビームの波面の形状は、湾曲し、且つこの例では非点収差のフォーカスサーボ波面変更と、この例では球面収差の合焦(フォーカシング)波面変更とを含む。従って、所定位置Lにおける反射ビームの波面の形状は、入射ビームの波面の形状とは異なったものとなる。
収束ビーム23はコリメータレンズ14を通過してビームスプリッタ13に入り、このビームスプリッタはコリメータレンズ14を通過した収束ビーム24の少なくとも一部を検出系25の方へと伝達することにより順方向ビームと反射ビームとを分離する。検出系25は反射ビームを捕らえて、これを信号処理回路(図示せず)によって処理される電気出力信号26に変換し、これから取り出されるフォーカスエラー信号は対物レンズ12の位置を調整するのに用いられる。
図2は、光波面変更器10及び偏光回転素子14Aを具えていない従来の光学走査装置を示す。このような従来配置では、光学走査装置のフォーカスサーボレンズ27を入射ビーム光路1’から離している。所定位置Lにおける入射ビームと反射ビームの波面の形状は、この位置では双方の放射ビームがコリメートされているから、同じ(平坦)になることは明らかである。検出系25の位置は、反射ビームの光学特性(これは通常、対物レンズ12、コリメータレンズ14及びフォーカスサーボレンズ27によって決定付けられる)に依存するから、検出系25は入射ビームの光路1’から本発明の実施例で可能とされる距離よりも遥かに離れて位置付けられる。
図3a及び3bは、光波面変更器10の第1実施例の線X−X及びY−Yを通る断面図をそれぞれ示す。光波面変更器10は液晶(LC)ポリマーのような複屈折材料を含んでいる。従来既知のように、複屈折材料は、それを通過する放射の偏光に依存する屈折率を有する。この例では、複屈折材料の光軸はS−方向に配置されている。入来放射ビームの偏光が液晶の光軸に対して平行である(S−タイプ)場合には、複屈折材料の屈折率はnであり(異常モード)、光軸に対して垂直である(P−タイプ)場合には、複屈折材料の屈折率はnである(正常モード)。この例では、光波面変更器10は、非点収差フォーカスサーボ系にて使用する非点収差合焦ビームを発生し、この光波面変更器10は、複屈折材料303中に埋め込まれ、上側のガラス基板305と下側のガラス基板307との間に位置付けられる凸−凸の球‐円柱ガラスレンズ301を具えている。このレンズ301は、凸球面309と凸円柱面311を有している。球‐円柱ガラスレンズ301は非−複屈折であり、nの屈折率を有し、従って、P−タイプの偏光を有する光が光波面変更器10を経て通過する際に、その光が複屈折材料303と球‐円柱ガラスレンズ301との間の界面を経て通過するので、屈折率に変化がない。その結果、P−タイプ偏光の入来光は、それが第1実施例の光波面変更器10を通過するので、屈折されなくなる。
発散入射ビーム7は、先ずP−タイプ偏光を通す偏光ビームスピリッタ13を通過し、光波面変更器10は入射ビームにゼロの波面変更を与えるから、P−タイプ変更を有するコリメートされたビーム15に対応する経路は、図4aに示すように光波面変更器10によって影響されることがない。
図1a及び1bに戻るに、光波面変更器10を出たコリメートされたビーム15は1/4波長板14Aを通過し、この1/4波長板は入射ビームの偏光を右回りの円偏光に変更する。次いで、コリメートされたビーム15は対物レンズ12によって収束され、且つ情報層4により反射されて、この反射ビームの偏光を左回りの円偏光に変更させる。反射ビーム21は、1/4波長板14Aを通過するときに、S−タイプの偏光に変更される。
このようにして、S−タイプの偏光を有する反射ビーム21が光波面変更器10に入るときに、複屈折材料303の屈折率はnであり;球‐円柱ガラスレンズ301の屈折率はnであり、且つ複屈折材料303と球‐円柱ガラスレンズ301との間の界面は平坦ではないから、光波面変更器は、反射された放射ビームに非ゼロの波面変更を与えて、位置Lに非点収差波面変更及び球状の波面変更を含む湾曲波面形状を生成する。その後、収束ビーム23はコリメータレンズ14を通過し、このレンズは図1bに示すように、収束ビームを検出系25上に屈折する。
検出系25の位置は反射ビームの光路1’’によって決定されるので、信号検出に好適な形態への先のコリメートビーム(ここでは、収束非点収差ビーム)21の屈折は、検出器25を入射ビームの光路1’に近づけて動かすことができることを意味し、これにより光学走査装置の大きさを小さくすることができる。
次に、第2実施例を図5a及び5bにつき説明するに、第1実施例と第2実施例とに共通の特徴部には、第1実施例にて用いた参照番号を援用して、詳細な説明は省略する。
図5a及び5bを参照するに、光波面変更器510は、ビーム分割波面変更を行なって、フォーカルト(Focault)合焦法に従って2つのサブビームを発生すべく配置する。この特定配置の光波面変更器は、複屈折材料503内に埋め込まれたダブルウェッジプレート(又は格子)501を内蔵する。ダブルウェッジプレート501は平坦面505と一組のウェッジ面507とを具えている。複屈折材料503は上側のガラス基板305と下側のガラス基板307との間に位置付けられ、且つ第1実施例の場合と同様に、その光軸はS−方向に配置されるものとする。ウェッジプレート501は非複屈折性であり、その屈折率はnであり;従って、P−タイプ偏光の光が光波面変更器510を通過するときには、その光は複屈折材料503から出て、ウェッジプレート501に入るので屈折率に変更はない。従って、第1実施例と同様に、P−タイプ偏光の入射放射は、それが光波面変更器510を通過する際には屈折されない(図6参照)。しかし、この放射が一旦情報層4によって反射されると、その反射ビーム21はS−タイプの偏光となり、このビームは図6bに示すように、光波面変更器510を通過するときに屈折される。その結果、所定位置Lにおける反射放射ビームの波面形状は2つのサブビームを含み;第1実施例と同様に、反射放射ビームの波面形状は入射放射ビームの位置Lにおける波面形状とは異なったものとなる。
なお、図5a及び5bに示した実施例では、背面プレート307及び隣接する複屈折層は省くことができる。
変形例では、光波面変更器510にさらに、検出器25上にビーム23を焦点合わせさせる手段を含める。図7a及び7bを参照するに、ウェッジ構体501は、図7aに示すようにウェッジ面上に一組の湾曲面、又は格子701及び/又は図7bに示すように反対面上に球面702を具えて、合焦機能をするように変更することができる。
上述した非点収差の実施例では、レンズ301を凸−凸の球‐円柱ガラスレンズとしたが、それは図8a及び8bに示すように凹−凹の球‐円柱ガラスレンズとすることもできる(なお、図8bでは、反射ビームを(先の図面とは逆に)左から右に進むように示してある)。第1実施例の場合のように、放射ビームの偏光が液晶の光軸に対して平行である場合には、複屈折材料の屈折率はnとし、光軸に対して垂直である場合には、屈折率はnとする。従って、図8aに転ずるに、光軸に対して垂直の偏光を有する光が光波面変更器10を経て通過するときには、屈折率に変更はなく、光は光波面変更器10を通り抜けるので、その光はコリメートされたまま(811)であり:図8bに示した配置では、複屈折構体803の屈折率は集束レンズ301のそれよりも大きく(n>n)、且つ反射されたビーム波面の形状は、そのビームが複屈折構体803と集束レンズ801との間の界面を通過する際に変更される。所定位置Lにおいても、入射ビームの波面形状と比較するに、反射されたビーム波面は湾曲し、非点収差の波面変更及び球状の波面変更を含む。
好適実施例では、光波面変更器が合成フォーカスサーボレンズの機能と合焦機能とを果たすようにする。変形例として、光波面変更器は合焦機能を果たすだけとして、フォーカスサーボ機能は、検出系25とビームスプリッタ13との間に位置させた適当なフォーカスサーボレンズコンポーネントによって提供することもできる。これは、斯様なフォーカスサーボコンポーネントがビームスプリッタと検出器との間のスペースを占めるために好ましい配置ではないが、それでも斯様な配置によれば、従来の検出系に比べて必要とするスペースは低減する。その理由は、反射ビームの合焦は従来の光走査システムで現在可能とされるよりも強力で、検出器25をビームスプリッタ13に近づけることができ、例えば光源9からビームスプリッタ13までの距離の半分以下に近づけることができるからである。
さらに他の変形例として、放射源9をビームスプリッタに十分近づけて位置させ、コリメータレンズ14だけが反射ビームを同じく近づけて位置させた検出系25上に集束させることができるようにする場合には、光波面変更器10の合焦機能を省いて、フォーカスサーボレンズ機能を含むだけとすることができる。
上述したそれぞれの実施例では、コリメータレンズ14をビームスプリッタ13と光波面変更器との間に位置させて、このコリメータレンズが入射ビームと反射ビームとの双方に作用するようにしたが、コリメータレンズ14は放射源9とビームスプリッタ13との間に位置させて、入射ビームの光路にのみ作用させることもできる。この場合、光波面変更器はビームスプリッタ13と相俟ってコリメートされた反射ビーム21を検出器25に向けるようにのみ応答し;第1実施例の場合に、このことは、光波面変更器の球面収差特性が、前述した配置にて用いた合焦特性よりも強い合焦特性を有するようにすべきであることを意味する。
上記実施例は本発明の模範的な例と理解されるべきものである。本発明のさらなる実施例が想定される。例えば、上述した例では光波面変更器をビームのコリメートされた部分に位置させたが、変更器は、例えば、入射ビームの所定位置における前述した波面形状が例えば球状となるような、ビームのコリメートされていない部分に位置させることができる。なお、波面形状について云う場合の「異なる」と云う用語は、例えば曲率半径が異なる2つの球状波面を含むものとする。また、上述した実施例では、光波面変更器が単一の複屈折素子にて2つの機能、即ちフォーカスサーボ波面変更及び合焦波面変更の機能を含むとしたが、これら2つの機能は2つの別個の複屈折素子にて行わせることもできる。1つの実施例につき述べた特徴は別の実施例で用いることもできると理解すべきである。さらに、本発明は請求の範囲を逸脱することなく幾多の変更を加え得ること勿論である。
本発明の第1実施例による走査装置によって発生される入射光の経路を示す概略図である。 本発明の第1実施例による走査装置によって発生される反射光の経路を示す概略図である。 従来の装置による入射及び反射光の経路を示す概略図である。 図1a及び1bに示した実施例による、液晶構体を含む光波面変更器の線X−Xを通る断面を示す図である。 図1a及び1bに示した実施例による、液晶構体を含む光波面変更器の線Y−Yを通る断面を示す図である。 図3a及び3bに示した液晶構体の光軸に対して垂直の軸線に沿って偏光されるビームが、図3a及び3bの光波面変更器を通過する光学経路を示す概略図である。 図3a及び3bに示した液晶構体の光軸に対して平行な軸線に沿って偏光されるビームが、図3a及び3bの複屈折光波面変更器を通過する光学経路を示す概略図である。 本発明の第2実施例による、液晶構体を含む光波面変更器の線X−Xを通る断面を示す図である。 本発明の第2実施例による、液晶構体を含む光波面変更器の線Y−Yを通る断面を示す図である。 本発明の第2実施例による走査装置によって発生される入射光の経路を示す概略図である。 本発明の第2実施例による走査装置によって発生される反射光の経路を示す概略図である。 第2実施例による光波面変更器の別の態様を示す図である。 第2実施例による光波面変更器のさらに他の態様を示す図である。 第1実施例による光波面変更器の別の構成を、ビーム偏光の関数としてその光波面変更器を通る光学経路と一緒に示す概略図である。 第1実施例による光波面変更器のさらに別の構成を、異なるビーム偏光の関数としてその光波面変更器を通る光学経路と一緒に示す概略図である。

Claims (13)

  1. 情報層を具えている光記録担体を走査するための光学走査装置であって、
    入射放射ビームを放つ放射源と;
    情報層から反射された放射ビームを受けとって、該反射放射ビームの情報信号を検出すべく配置した情報信号検出器を具えている検出系と;
    入射放射ビームを記録担体上にスポットとして合焦させる第1光学手段及び反射放射ビームを情報信号検出器上に向ける第2光学手段を有し、第1光学手段及び第2光学手段は、入射放射ビーム及び反射放射ビームをこれら両手段間にてコリメートするように配置される光学系と;
    コリメートされた入射放射ビームの光路内及びコリメートされた反射放射ビームの光路内に配置した光波面変更器と;
    を具えており、入射放射ビームは、該ビームが光波面変更器に入射する前の所定位置にて第1の波面形状を有し、且つ反射放射ビームは、光波面変更器を通過した後の前記所定位置にて第2の波面形状を有する、光学走査装置において、
    前記光波面変更器は、前記第2の波面形状が前記第1の波面形状とは大幅に異なるように前記コリメートされた反射放射ビームを屈折させるべく配置されるようにしたことを特徴とする光学走査装置。
  2. 情報層と検出系との間の光路長は、放射源と情報層との間の光路長よりも短い、請求項1記載の光学走査装置。
  3. 光波面変更器は、検出系にフォーカスサーボ信号を生成するようにフォーカスサーボ波面変更を与えるべく配置される、請求項1又は2記載の光学走査装置。
  4. 光波面変更器は、非点収差波面変更を与えるべく配置される、請求項1又は2記載の光学走査装置。
  5. 光波面変更器は、反射された放射ビームを2つのサブビームに分割して、ビーム分割波面変更を与えるべく配置される、請求項3記載の光学走査装置。
  6. 光波面変更器は、反射放射ビームを検出系上に少なくとも部分的に集束させるように、合焦波面変更を与えるべく配置される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学走査装置。
  7. 光波面変更器は、その表面の少なくとも一部に沿う輪郭を有する二重ウェッジ構体を含む、請求項5に従属する請求項6記載の光学走査装置。
  8. 光波面変更器は、入射放射ビームの偏光に応じて入来放射ビームの光路を変えるべく配置した複屈折部を具えている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学走査装置。
  9. 複屈折部の屈折率は、該複屈折部を通過する放射の偏光に従って変化し、且つ光波面変更器が入射放射ビームに対してはゼロ変更を与えるようにした、請求項8記載の光学走査装置。
  10. 複屈折部は、光学的に均質のプレート間に包囲された液晶材料から成る、請求項8又は9記載の光学走査装置。
  11. 光波面変更器は、入射放射ビームの実質上コリメートされた部分に位置付けられる、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学走査装置。
  12. 光波面変更器と光記録担体との間で、入射放射ビーム及び反射放射ビームの光路内に位置付けられる偏光-変更素子も具えている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学走査装置。
  13. 情報層を具えている光記録担体を走査するための光学走査装置に使用する光波面変更器であって、前記光学走査装置が:
    入射放射ビームを放つ放射源と;
    情報層から反射された放射ビームを受けて、該反射放射ビーム内の情報信号を検出すべく配置した情報信号検出器を具えている検出系と;
    入射放射ビームを記録担体上にスポットとして合焦させると共に、反射放射ビームを情報信号検出器上に向ける光学系と;
    を具え、前記光波面変更器は、入射放射ビームと反射放射ビームの光路内に、入射放射ビームは、該ビームが光波面変更器に入射する前の所定位置にて第1の波面形状を有し、且つ反射放射ビームは、光波面変更器を通過した後の前記所定位置にて第2の波面形状を有するように位置付けられる、光波面変更器において、
    前記光波面変更器は、前記第2の波面形状が前記第1の波面形状とは大幅に異なるように入射放射ビーム及び反射放射ビームを波面変更すべく配置されるようにしたことを特徴とする光学走査装置。
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