JP2001507494A - 記録担体を光学的に走査する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学記録担体（１）用の走査装置は、放射線ビーム（７）を記録担体上の情報層（３）の上に合焦するための高い開口数のデュアルレンズ対物系（１０，１１）を含む。記録担体に最も近い対物系のレンズ（１１）は、記録担体の傾斜に応じて傾斜サーボ系によって傾斜される。レンズの傾斜角は、コマ及び非点収差といった放射線の光学的収差を減少するために、記録担体の傾斜角よりも少ないことが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 記録担体を光学的に走査する装置 本発明は、第１のレンズ及び第２のレンズを有し、上記第２のレンズは上記第 １のレンズと上記記録担体との間に配置される対物系を含み、情報面及び透明層 を含む光学記録担体を走査するため、上記対物系は上記透明層を通して上記情報 層上の合焦スポットへ放射線ビームを収束する光学走査装置に関する。 デュアルレンズ対物系は、透明層の入射面を通って比較的高い開口数で放射線 ビームを合焦する。高い開口数は小さな焦点スポットを生じ、記録担体上に非常 に高い密度の情報を書込み及び読出しすることを可能とする。対物系の、記録担 体に最も近い第２のレンズは、概して第１のレンズに対向する凸面及び記録担体 に対向する略平坦な面を有する。焦点サーボ系は、走査中に情報層上の焦点スポ ットを維持する。 日本国特許出願第８−３１５４０４号に開示される光学走査装置は、第１のレ ンズの軸方向位置を制御するための焦点サーボ系と、第２のレンズの軸方向位置 を制御するための更なるサーボ系とを使用する。既知の装置の不利な点は、透明 層の厚さが増加したときに記録担体の傾斜に対する許容度が急速に減少すること である。 本発明はディスク傾斜に対するより大きな許容度を有する走査装置を提供する ことを目的とする。 この目的は、本発明によれば、上記透明層の傾斜角に依存して上記対物レンズ の光学軸に対する上記第２のレンズの傾斜角を制御するサーボ系を含む場合に達 成される。第２のレンズの傾斜角は、第２のレンズの光学軸と第１のレンズの光 学軸との間の角度である。サーボ系は、第２のレンズと記録担体との間の全ての 大きさの空隙について記録担体の傾斜に応じて第２のレンズを傾斜させることを 可能とし、それにより装置の光学的収差を減少し、記録担体の傾斜に対する許容 度を増加させる。本発明は、比較的大きな空隙及び厚い透明層の使用を可能とし 、装置を記録担体の汚染に対しても許容度のあるものとする。 本発明による走査装置の望ましい実施例では、上記第２のレンズの傾斜角は上 記透明層の傾斜角よりも小さい。これは、記録担体の傾斜によって放射線ビーム の中に生ずる収差を更に減少させる。第２のレンズと記録担体との間のここでは くさび形である空隙によって導入されるコマは、記録担体の傾斜された透明層を 通過するときに放射線ビームに導入されるコマを補償する。 欧州特許第０７２７７７７号に開示される走査装置は、対物系の第２のレンズ を記録担体の入射而に続く記録担体の空気軸上に取り付けることによって焦点ス ポット上の記録担体の傾斜の影響を減少する。第２のレンズはそれにより記録担 体と同じ傾斜を与えられている。しかしながら、空気軸受は数十マイクロメート ル以上の空隙のためには使用できない。更に、かかる大きな空隙に対する傾斜許 容度は比較的小さい。 本発明による走査装置の望ましい実施例では、傾斜サーボ系は角度αを角度β の一定の分数に維持する。一定の分数又は比例定数は、汚染に耐性のある走査装 置では０．０２乃至０．９８の範囲にあることが望ましい。傾斜許容度の大きな 増加に対しては、定数は０．２乃至０．９５の範囲にあることが望ましい。 比例定数は、上記第２のレンズと上記記録担体との間の距離及び上記透明層の 厚さに依存して設定されることが望ましい。 本発明による走査装置の特別な実施例では、第２のレンズと記録担体との間の 距離及び透明層の厚さは、傾斜角βと独立に、放射線ビームのコマ及び非点収差 を略ゼロとするよう選択される。 添付の図面に図示される本発明の望ましい実施例を参照することにより本発明 の目的、利点及び特徴が明らかとなり、図中、 図１は走査装置及び記録担体を示す図であり、 図２は、図１の対物系及び記録担体を拡大して示す図であり、 図３ａは空隙の定数ｃと透明層の厚さとの依存性を示すグラフ表現であり、 図３ｂは異なる傾斜条件に対する波面誤差を示す図であり、 図４はコマ及び非点収差の両方が最小化される厚さの比率を示すグラフ表現で あり、 図５は対物系の構造を概略的に示す図であり、 図６は傾斜サーボ系を示す図である。 図１は光学記録担体１を走査する装置を示す図である。記録担体は透明層２を 含み、その一方の側には情報層３が配置される。情報層の透明層とは反対に向い ている側は、保護層４によって環境的影響から保護されている。透明層の装置に 対向する側は入射面５と称される。透明層２は、情報層のための機械的な支持を 与えることにより記録担体用の基板として作用する。或いは、透明層は情報層を 保護する機能のみを有し、一方機械的な支持は情報層の他方の側の層、例えば保 護層４又は更なる層によって与えられ、透明層は情報層３に接続されうる。情報 は、図示されていない略平行、同心状、又は螺旋状のトラックの中に配置された 光学的に検出可能なマークの形で記録担体の情報層３の中に記憶されうる。マー クは、任意の光学的に読出し可能な形状、例えばピットの形状、又は周囲とは異 なる反射係数又は磁化方向を有する領域、又はこれらの形状の組合せといった形 状でありうる。 走査装置は、収束放射線ビーム７を放出する放射線源６、例えば半導体レーザ を含む。ビームスプリッタ８、例えば半透明板は、放射線をレンズ系へ向けて反 射する。レンズ系は、コリメータレンズ９を含み、対物系は第１のレンズ１０及 び第２のレンズ１１を含む。コリメータレンズ９は収束放射線ビーム７を平行ビ ーム１２へ変化 させる。光学軸１３を有する第１のレンズ１０は、平行ビーム１２をレンズ１１ 上に入射する収束ビーム１４へ変換する。コリメータレンズ９及び第１のレンズ １０は、単レンズとして組み合わされうる。第２のレンズ１１は入射ビーム１４ を情報層３上で焦点スポット１６となる収束ビーム１５へ変化させる。第２のレ ンズ11は図示される実施例では平凸レンズである。その平坦面は透明層２に対向 し、レンズと層との間にギャップを形成する。平坦面は光学的な収差を補償する ための非球状プロファイルを有しうる。対物レンズ１０は図中は単レンズ要素と して示されているが、より多くの要素を含んでもよく、また透過又は反射で動作 するホログラム、又は放射線ビームを搬送する導波路からの放射線を結合するた めの格子を含みうる。情報層３によって反射された収束ビーム１５の放射線は反 射ビーム１７を形成し、これは前方収束ビーム１４の光路上に戻る。第１のレン ズ１０及びコリメータレンズ９は反射ビーム１７を収束反射ビーム１８へ変換し 、ビームスプリッタ８は反射ビーム１８の少なくとも一部を検出系１９へ向けて 伝達することによって前方ビームと反射ビームとを分離する。検出系は放射線を 捕捉し、これを１つ以上の電気信号へ変換する。これらの信号のうちの１つは情 報信号２０であり、その値は情報層３から読み出された情報を表わす。他の信号 は焦点誤差信号２１であり、その値は焦点スポット１６と情報層３との間の高さ の軸方向の差を表わす。焦点誤差信号は、第１のレンズ及び／又は第２のレンズ １１の軸方向の位置を制御する焦点サーボ制御器２２のための入力として使用さ れ、それにより焦点スポット１６の軸方向の位置を、情報層３の平面と略一致す るよう制御する。 ビームスプリッタ８はまた、放射線源６からの透過放射線ビーム７を通し、反 射ビーム１８の部分を検出系１９に向かって偏向する格子であり得る。その場合 、放射線源６及び検出系１９は格子の一方の側に相互に近接して配置されうる。 図２は対物系及び記録担体１の部分を拡大して示す図である。第１のレンズ１ ０の光学軸は破線２３によって示されている。第２のレンズ１１の光学軸２４は 光学軸２３に対して角度αで傾斜されている。記録担体１もまた傾斜され、その 入射面５上の法線２５は光学軸２３との間に角度βを形成する。記録担体がある 時点において傾斜角βを示す場合、α及びβが以下の式、 に従い、ｎ₁及びｎ₃を第２のレンズ１１及び透明層２の材料の屈折率とし、ｄ₂ 及びｄ₃を第２のレンズ１１と透明層２との間の空隙の厚さ及び透明層２の厚さ とすると、第２のレンズ１１は、コマを減少するために角度α＝ｃβに亘る傾斜 に亘って記録担体に追従することが望ましい。空隙の厚さは光学軸２３に沿って 測定される。屈折率ｎ₁及びｎ₃が等しいとき、角度α及びβの間の関係は、となる。 図３ａは、式２によるαとβとの間の比例定数ｃを、ギャップの厚さｄ₂の関 数として、透明層の屈折率ｎ₃が１．５８のときに、透明層の厚さｄ₃が０．６ｍ ｍの場合（破線）及び０．１ｍｍの場 合（実線）について示す図である。定数ｃは、式（２）の右辺の分数に等しい。 図面は、増加する空隙及び減少する透明層の厚さに対して、角度αのβに対する 比率が減少されねばならないことを示す。式１及び２は、最低次の収差のみを使 用して導出された。式中のｃの値の正確さは±０．１５である。 表Ｉは、高次の収差を使用して計算されたため、ｃのより正確な値を与える。 第２のレンズは、第１のレンズに対向する第２のレンズの面の曲率中心の回りに 傾斜されている。値はレイトレーシングによって決定され、ｎ₃＝１．５８のと き±０．０２の正確さを有する。 図３ｂは、焦点スポット１６におけるＲＭＳ波面誤差を、記録担体傾斜βが１ °であり、厚さが０．６ｍｍの透明層２について角度αの関数として、４つの異 なるギャップの寸法、即ち２μｍ（円と共に示される線）、２５μｍ（四角形と 共に示される線）、５０μｍ（三角形と共に示される線）、及び７５μｍ（ｘ印 と共に示される線）について示す図である。第２のレンズの屈折率ｎ₁は最適化 され、ギャップの寸法が２，２５，５０及び７５μｍの場合に夫々１．５７１， １．４９９，１．４８６及び１．４５７の値を有する。透明層は屈折率ｎ₃が１ ．５８、厚さｄ₃が０．６ｍｍのポリカーボネートによって形成される。既知の 走査装置と同様に、第２のレンズ１１が記録担体の傾斜を追従すれば、即ちα＝ βであれば、図はα＝１°において、５０μｍのギャップのときに波面収差は８ ５ｍλであることを示す。第２のレンズを傾斜させない、即ちα＝０の走査装置 は、５０μｍのギャップのときに４３０ｍλの波面収差を有する。これは殆どの 走査装置において許容可能でない。本発明による装置はβ＝１°のとき、αを０ ．８３°に調整する。その場合、残る収差は１４ｍλである。これは記録担体の 傾斜角を追従する既知の走査装置の８５ｍλよりも６倍以上低く、第２のレンズ が記録担体の傾斜角を追従しない既知の装置の４３０ｍλよりも３０倍以上低い 。この場合、第２のレンズ１１の傾斜角αは、本発明によれば、記録担体の傾斜 角βを追従しαを略０．８３βに維持すべきである。１４ｍλの残る収差は高次 のコマによって生ずる。 式（１）及び（２）は放射線ビームの中のコマを減少する。代わりに非点収差 を減少することも可能である。その場合、αとβとの間の関係は、 となる。ｎ₁がｎ₃と等しい場合、 となる。コマ及び非点収差は、ギャップｄ₂及び透明層の厚さｄ₃が、実質的に以 下の式、 に従うとき共に最小化される。式３，４及び５は最低次の収差のみを使用して導 出された。 図４は、ｎ₃が１．５８のとき（ポリカーボネート）の式５の比率ｄ₂／ｄ₃を 示す図である。これは、最小のコマ及び非点収差と、比率ｄ₂／ｄ₃の正の値とを 達成するために、第２のレンズ１１の屈折率ｎ₁が透明層２の屈折率ｎ₃よりも小 さくなくてはならないことを示す。例えばｎ₁＝１．５０及びｎ₃＝１．５８の場 合、ｄ₂＝０．０５ｄ₃であり、透明層が０．５ｍｍの厚さを有するとき、２５μ ｍのギャップが使用されるべきである。 記録担体が２つの直交する方向に傾斜されうる場合、２つの直交する方向に傾 斜角βの２つの値があり、２つの対応する傾斜角αがある。上述の考察は両方の 方向に適用される。αとβとの間の関係は両方の方向で同じであってもよいが、 例えば１つの方向の傾斜に 対して最小のコマを、直交する方向の傾斜に対して最小の非点収差を得るよう、 異なってもよい。 図５はレンズ１０及び１１を有する対物系の構造を示す概略図である。構造は 放射線ビーム１２を通すための孔を設けられた合板２９上に据え付けられる。レ ンズ１０は、レンズ１０をその光学軸１３に沿って移動させるための焦点アクチ ュエータ３２によって台板２９に接続されるホルダ３１の中に据え付けられる。 焦点アクチュエータは、１つ以上の圧電アクチュエータ又はホルダ３１のばね懸 架を有する線形電磁モータを含みうる。焦点アクチュエータ３２はまた、記録担 体１上のトラックを追従するために焦点スポット１６を光学軸に直交する方向に 移動するために、ホルダを光学軸１３に直交する方向に移動する可能性を有する 。焦点アクチュエータ３２は焦点サーボ制御器２２によって制御される。 レンズ１１はホルダ３３を２つの直交する方向に傾斜するための傾斜アクチュ エータ３４によってホルダ３１に接続されるホルダ３３の中に据え付けられる。 アクチュエータ３４は、円に沿って１２０°の間隔で配置される３つの圧電アク チュエータ又はホルダ３３のばね架橋を有する３つの線形電磁モータを含みうる 。３つの距離センサ３５はホルダ３１とホルダ３４との間に据え付けられる。セ ンサの出力信号は、レンズ１０とレンズ１１との間の距離及び２つの直交する方 向の光学軸１３に対するレンズ１１の傾斜を表わす信号の発生を可能とする。距 離センサはいかなる種類であってもよく、例えば容量性又は誘導性でありうる。 アクチュエータ３４はまた、反射ビーム１８の中に存在する球面収差を表わす信 号によって制御されて、レンズ１１を光学軸１３に沿ってレンズ１０に対して動 かすことが可能であってもよい。 傾斜センサは、放射線源36と、比較的低い開口数を有するレンズ３７と、象限 検出器３８とを含む。レンズ３７は、源３６からの放射線を記録担体１へ向けて 平行ビームへ収束し、記録担体から反 射される放射線は検出器３８上のスポットへ収束される。台板２９に対する記録 担体の傾斜は、検出器３８上のスポットの位置を決定することによって測定され うる。 図６は、本発明による走査装置の傾斜サーボ系の実施例を示す図である。信号 プロセッサ４０は、２つの直交する方向に記録担体１の傾斜角β₁及びβ₂を表わ す２つの傾斜信号Ｓ_t1及びＳ_t2を形成するよう、傾斜検出器３８からの１つ以上 の出力信号Ｓ₃₈を処理する。回路４１は、β₁及びβ₂の値を、式１，２，３又は ４、表Ｉによって与えられるか又はレンズ１１の所望の傾斜角α₁及びα₂の２つ の値を出力信号として供給するためにレイトレーシングによって得られる比例定 数で乗算する。距離センサ３５の出力信号Ｓ₃₅は信号プロセッサ４２の中で２つ の傾斜信号へ処理され、その値は２つの直交する方向におけるレンズ１１の実際 の傾斜角を表わす。差動増幅器は、実際の傾斜角を表わす処理回路４２の対応す る出力信号から所望の傾斜角を表わす回路４１の出力信号を減算する。２つの直 交する方向の差動増幅器の出力信号は、アクチュエータ３４の動作を制御するド ライバ４４へ供給される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１のレンズ及び第２のレンズを有し、上記第２のレンズは上記第１のレ ンズと上記記録担体との間に配置される対物系を含み、情報面及び透明層を含む 光学記録担体を走査するため、上記対物系は上記透明層を通して上記情報層上の 合焦スポットへ放射線ビームを収束する、光学走査装置であって、 上記透明層の傾斜角に依存して上記対物レンズの光学軸に対する上記第２のレ ンズの傾斜角を制御するサーボ系を含むことを特徴とする光学走査装置。 ２． 上記第２のレンズの傾斜角は上記透明層の傾斜角よりも小さい、請求項１ 記載の光学走査装置。 ３． 比例定数がα及びβと独立であるとき、上記第２のレンズの傾斜角αは上 記透明板の傾斜角βに比例する、請求項２記載の光学走査装置。 ４． 上記比例定数は、上記第２のレンズと上記記録担体との間の距離及び上記 透明層の厚さに依存する、請求項３記載の光学走査装置。 ５． 上記第２のレンズと上記記録担体との間の距離及び上記透明層の厚さは、 傾斜角βと独立に、放射線ビームのコマ及び非点収差を略ゼロとするよう選択さ れる、請求項２記載の光学走査装置。