JP2002522809A - 光学走査装置および、そのような装置を装備した情報面における情報の読み取りおよび／または書き込みを行うための光学機器 - Google Patents
光学走査装置および、そのような装置を装備した情報面における情報の読み取りおよび／または書き込みを行うための光学機器Info
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- G11B2220/25—Disc-shaped record carriers characterised in that the disc is based on a specific recording technology
- G11B2220/2537—Optical discs
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学特性に対する温度変化の影響が実質的に除去された固定型の対物レンズシステムを有する、走査装置を提供すること。
【解決手段】 情報面(3)を光学的に走査する光学装置が、記載されている。この装置は、走査ビーム(17)を供給するための放射源と、走査ビームを情報面上の走査スポット(18)にフォーカスさせるための対物レンズシステムを有する。対物レンズシステムの温度依存性は、補償器によって補償できる。この補償器は、放射源と対物レンズシステムの間に配置され、平凸第1要素(41)と平凹第2要素(42)を有し、第1要素の凸面が第2要素の凹面に当てて配置されている。第1および第2要素の屈折率は、設計温度においては等しいが、それらの温度依存性は相異なる。
Description
【０００１】
本発明は、走査ビームを供給するための放射源と、情報面上の走査スポットに
走査ビームをフォーカスさせるための対物レンズシステムとを有する、情報面を
光学的に走査する光学装置に関する。
走査ビームをフォーカスさせるための対物レンズシステムとを有する、情報面を
光学的に走査する光学装置に関する。
【０００２】 また、本発明は、そのような走査装置を装備した、光学記録担体の読み取りお
よび／または書き込みを行う機器にも関する。
よび／または書き込みを行う機器にも関する。
【０００３】
情報面には、光学的に読み取り可能な情報が存在する、または情報を格納でき
る、ディスク形式またはテープ形式での光学記録担体の面が、なり得る。このよ
うな記録担体は、たとえば、公知のオーディオ用コンパクトディスク（CD）、公
知のデータ用CD-ROM、あるいはこれらから派生したDVDなどの記録担体である。
情報面は、例えば、走査顕微鏡で調べることのできる物体の表面であってもよい
。
る、ディスク形式またはテープ形式での光学記録担体の面が、なり得る。このよ
うな記録担体は、たとえば、公知のオーディオ用コンパクトディスク（CD）、公
知のデータ用CD-ROM、あるいはこれらから派生したDVDなどの記録担体である。
情報面は、例えば、走査顕微鏡で調べることのできる物体の表面であってもよい
。
【０００４】 特に、光学記録担体の場合には、記録担体上に格納したい情報量が増大しつつ
あるため、より小さな領域内のデータを明確に読み取ることのできる走査装置の
ニーズが増大している。光学記録担体に格納できる情報の量は、特に、走査装置
によって記録担体の情報面上に形成される走査スポットのサイズによって決まる
。つまり情報密度は、走査スポットが小さいほど大きくできる。走査スポットの
サイズは、走査スポットを形成するビームの開口数（NA）を大きくすることによ
り小さくすることができる。
あるため、より小さな領域内のデータを明確に読み取ることのできる走査装置の
ニーズが増大している。光学記録担体に格納できる情報の量は、特に、走査装置
によって記録担体の情報面上に形成される走査スポットのサイズによって決まる
。つまり情報密度は、走査スポットが小さいほど大きくできる。走査スポットの
サイズは、走査スポットを形成するビームの開口数（NA）を大きくすることによ
り小さくすることができる。
【０００５】 対物レンズシステムのコストがそれほど上昇せず、鏡像力場（image field）
が小さくなりすぎず、かつレンズを形成する材料の分散（dispersion）に起因す
る問題が生じることなく、NAを大きくするための1つの魅力的な可能性は、実際
の対物レンズと記録担体の間に平凸レンズを配置することである。この平凸レン
ズは、固体界浸レンズ（solid immersion lens）またはスライダレンズ（slider
lens）とも呼ばれ、記録担体にきわめて近い距離に位置させたり、やや大きな
距離（例えば、300μm）に位置させることができる。この場合、対物レンズシス
テムの収束機能は、実際の対物レンズと平凸レンズとに分布している。平凸レン
ズを使用することの利点は、放射ビームに収差がほとんど生じないことである。
が小さくなりすぎず、かつレンズを形成する材料の分散（dispersion）に起因す
る問題が生じることなく、NAを大きくするための1つの魅力的な可能性は、実際
の対物レンズと記録担体の間に平凸レンズを配置することである。この平凸レン
ズは、固体界浸レンズ（solid immersion lens）またはスライダレンズ（slider
lens）とも呼ばれ、記録担体にきわめて近い距離に位置させたり、やや大きな
距離（例えば、300μm）に位置させることができる。この場合、対物レンズシス
テムの収束機能は、実際の対物レンズと平凸レンズとに分布している。平凸レン
ズを使用することの利点は、放射ビームに収差がほとんど生じないことである。
【０００６】 このような平凸レンズを装備した走査装置は、EP-A 0 727 777から公知である
。この装置は、記録担体を走査するために放射ビームを開口数0.84に収束させる
平凸レンズと対物レンズを有する光学走査ヘッドを有する。平凸レンズは、記録
担体とすべり接触状態にあるスライダ内か、空気クッション上のフロート（floa
t）内に配置できる。
。この装置は、記録担体を走査するために放射ビームを開口数0.84に収束させる
平凸レンズと対物レンズを有する光学走査ヘッドを有する。平凸レンズは、記録
担体とすべり接触状態にあるスライダ内か、空気クッション上のフロート（floa
t）内に配置できる。
【０００７】 対物レンズシステムは、屈折率や温度の変化の影響を受ける。屈折率や温度の
変化による影響は、平凸レンズに対物レンズ用の別個のドライバ（アクチュエー
タ）を使用し、各レンズが記録担体に対してのみならず相互にも移動できるよう
にすることにより、軽減できる。しかしドライバを別個に装備すると、走査装置
は、複雑になり、外乱の影響を受けやすくなり、かつ高価になる。これらの点は
、特に民生用の使用には大きな欠点となる。このため、固定型の対物レンズシス
テム、つまり対物レンズと平凸レンズとが相互に移動しないシステムが望ましい
。対物レンズシステムの要素は、ガラスレプリカレンズか、完全な合成材料のレ
ンズが望ましい。レプリカレンズとは、その1つまたは2つの屈折面に透明な合成
材料の層が形成されている基本形状のガラスから構成されるレンズである。合成
材料層の表面は、鋳型またはレプリカ技術を使用することにより、容易に非球面
形状にすることができる。十分に弱い状態にある合成材料の層を有するガラスの
基本形状に、目的の形状とは凹凸が反対のネガ形状を有する鋳型を押しつけ、そ
の後に合成材料を硬化させる。また、完全に合成材料から構成されるレンズ要素
に、例えば、鋳型成形を使用することにより、1つまたは2つの非球面を設けるこ
とも容易にできる。
変化による影響は、平凸レンズに対物レンズ用の別個のドライバ（アクチュエー
タ）を使用し、各レンズが記録担体に対してのみならず相互にも移動できるよう
にすることにより、軽減できる。しかしドライバを別個に装備すると、走査装置
は、複雑になり、外乱の影響を受けやすくなり、かつ高価になる。これらの点は
、特に民生用の使用には大きな欠点となる。このため、固定型の対物レンズシス
テム、つまり対物レンズと平凸レンズとが相互に移動しないシステムが望ましい
。対物レンズシステムの要素は、ガラスレプリカレンズか、完全な合成材料のレ
ンズが望ましい。レプリカレンズとは、その1つまたは2つの屈折面に透明な合成
材料の層が形成されている基本形状のガラスから構成されるレンズである。合成
材料層の表面は、鋳型またはレプリカ技術を使用することにより、容易に非球面
形状にすることができる。十分に弱い状態にある合成材料の層を有するガラスの
基本形状に、目的の形状とは凹凸が反対のネガ形状を有する鋳型を押しつけ、そ
の後に合成材料を硬化させる。また、完全に合成材料から構成されるレンズ要素
に、例えば、鋳型成形を使用することにより、1つまたは2つの非球面を設けるこ
とも容易にできる。
【０００８】 しかし、ガラスレプリカレンズは、例えば、-5゜C〜+50゜Cの望ましい温度範囲
での温度変動に対し屈折率の変化が大きすぎるため、走査スポットに求められる
品質を達成できないという欠点をもつ。
での温度変動に対し屈折率の変化が大きすぎるため、走査スポットに求められる
品質を達成できないという欠点をもつ。
【０００９】
本発明の目的は、光学特性に対する温度変化の影響が実質的に除去された固定
型の対物レンズシステムを有する、冒頭の段落に記載されるタイプの走査装置を
提供することである。この目的のために、本発明による装置は、平凸の第1要素
と平凹の第2要素の接着型ダブレット（cemented doublet）を有する温度補償器
が、前記放射源と前記対物レンズシステムの間に配置され、前記第1要素の凸面
が前記第2要素の凹面に対して配置され、前記第1要素と前記第2要素の前記屈折
率が、前記設計温度では実質的に等しいが、相異なる温度依存性を有しているこ
とを特徴とする。
型の対物レンズシステムを有する、冒頭の段落に記載されるタイプの走査装置を
提供することである。この目的のために、本発明による装置は、平凸の第1要素
と平凹の第2要素の接着型ダブレット（cemented doublet）を有する温度補償器
が、前記放射源と前記対物レンズシステムの間に配置され、前記第1要素の凸面
が前記第2要素の凹面に対して配置され、前記第1要素と前記第2要素の前記屈折
率が、前記設計温度では実質的に等しいが、相異なる温度依存性を有しているこ
とを特徴とする。
【００１０】 本発明は、システムの屈折率が、システムの設計の基となった開始値であると
きの温度（本明細書では以下これを「設計温度」と呼ぶ）においてはいかなる光
学的効果も有さないが、温度が変化すると対物レンズシステム内の温度変化によ
って生じる球面収差を補正するという光学的効果を生じる、追加要素、つまり温
度補償器を放射ビームの経路中に配置することによって、対物レンズシステムの
温度依存性を補正することができるという認識に基づく。2枚の要素から構成さ
れる補償器は、入口平面と出口面を有し、かつこれらの要素の屈折率は設計温度
において等しいため、この補償器は、設計温度では光学的効果を有さない。しか
し補償器の2枚の要素の間の境界は曲率を有し、かつ2枚の要素の温度依存性dn/d
Tは相異なるため、補償器は、設計温度以外の温度では光学的効果を生じる。
きの温度（本明細書では以下これを「設計温度」と呼ぶ）においてはいかなる光
学的効果も有さないが、温度が変化すると対物レンズシステム内の温度変化によ
って生じる球面収差を補正するという光学的効果を生じる、追加要素、つまり温
度補償器を放射ビームの経路中に配置することによって、対物レンズシステムの
温度依存性を補正することができるという認識に基づく。2枚の要素から構成さ
れる補償器は、入口平面と出口面を有し、かつこれらの要素の屈折率は設計温度
において等しいため、この補償器は、設計温度では光学的効果を有さない。しか
し補償器の2枚の要素の間の境界は曲率を有し、かつ2枚の要素の温度依存性dn/d
Tは相異なるため、補償器は、設計温度以外の温度では光学的効果を生じる。
【００１１】 例えば、対物レンズシステムが、平行な放射ビームを記録担体の情報面上にフ
ォーカスさせるように設計されている場合には、補償器に入るビームは平行ビー
ムであり、かつ設計温度では、補償器から出るビームも平行ビームとなる。しか
し、設計温度以外の温度では、補償器から出るビームは、その温度に起因する対
物レンズシステム内の変化に応じて、わずかに発散または収束する。
ォーカスさせるように設計されている場合には、補償器に入るビームは平行ビー
ムであり、かつ設計温度では、補償器から出るビームも平行ビームとなる。しか
し、設計温度以外の温度では、補償器から出るビームは、その温度に起因する対
物レンズシステム内の変化に応じて、わずかに発散または収束する。
【００１２】 US-A 4,753,524には、対物側の接着型ダブレットと、像側の1枚レンズ要素ま
たは正と負のレンズ要素の組み合わせとから構成される、ディスク形状の光学記
録担体を読み取るレンズシステムが記載されている。ここでは、レンズシステム
が波長と温度の影響を受けないように、レンズ要素のアッベ係数と、レンズ要素
の屈折率の温度依存性とに条件が与えられている。温度の補正に関しては、温度
変化に伴うレンズ面の曲率半径の変化は、レンズ要素の軸方向の厚みを変化させ
ることにより補正されると述べられている。さらに、レンズホルダは温度変化に
よりかなり変形しその結果焦点の位置が変化してしまうため、高い温度において
は焦点の位置が大きく変わるように屈折率を変えるようにしたと述べられている
。しかしながら、ダブレットの要素の屈折率は相異し、かつダブレットは、少な
くとも1つ、ほとんどの実施例では2つの湾曲外面を有す。このダブレットは、設
計温度において光学的効果を有すべきでないという条件を満たさない。
たは正と負のレンズ要素の組み合わせとから構成される、ディスク形状の光学記
録担体を読み取るレンズシステムが記載されている。ここでは、レンズシステム
が波長と温度の影響を受けないように、レンズ要素のアッベ係数と、レンズ要素
の屈折率の温度依存性とに条件が与えられている。温度の補正に関しては、温度
変化に伴うレンズ面の曲率半径の変化は、レンズ要素の軸方向の厚みを変化させ
ることにより補正されると述べられている。さらに、レンズホルダは温度変化に
よりかなり変形しその結果焦点の位置が変化してしまうため、高い温度において
は焦点の位置が大きく変わるように屈折率を変えるようにしたと述べられている
。しかしながら、ダブレットの要素の屈折率は相異し、かつダブレットは、少な
くとも1つ、ほとんどの実施例では2つの湾曲外面を有す。このダブレットは、設
計温度において光学的効果を有すべきでないという条件を満たさない。
【００１３】 本発明による補償器の2枚の要素の材料は、当然、相異なるが、両方とも合成
材料を使用しても良い。その場合の合成材料は、設計温度での両者の屈折率が最
大限等しいことと、両者の屈折率の温度依存性が異なるという2つの基準を満た
す必要がある。
材料を使用しても良い。その場合の合成材料は、設計温度での両者の屈折率が最
大限等しいことと、両者の屈折率の温度依存性が異なるという2つの基準を満た
す必要がある。
【００１４】 しかし、装置の望ましい実施例は、さらに、補償器の要素の一方の材料がガラ
スであり、他方の要素の材料が透明な合成材料であることを特徴とする。
スであり、他方の要素の材料が透明な合成材料であることを特徴とする。
【００１５】 ガラスの屈折率の温度依存性は無視できるため、満たすべき基準は、合成材料
の屈折率が、最大限ガラスの屈折率に等しいということのみである。
の屈折率が、最大限ガラスの屈折率に等しいということのみである。
【００１６】 波長650nmの放射ビームとの組み合わせで使用する場合には、この望ましい実
施例は、さらに、ガラスがBAK4であり、合成材料がDiacrylであることを特徴と
する。
施例は、さらに、ガラスがBAK4であり、合成材料がDiacrylであることを特徴と
する。
【００１７】 この波長では、ガラスの屈折率は1.566であり、合成材料の屈折率は1.565で、
実質的にガラスの屈折率に等しい。
実質的にガラスの屈折率に等しい。
【００１８】 本発明による方法は、さまざまな光学装置に使用できるが、特に、対物レンズ
システムが対物レンズと平凸レンズを有し、前記対物レンズが対物側に位置し、
前記平凸レンズが像側に位置し、前記平凸レンズの前記凸面が前記対物レンズに
面していることを特徴とする走査装置では、大きなメリットが得られる。
システムが対物レンズと平凸レンズを有し、前記対物レンズが対物側に位置し、
前記平凸レンズが像側に位置し、前記平凸レンズの前記凸面が前記対物レンズに
面していることを特徴とする走査装置では、大きなメリットが得られる。
【００１９】 前述したように、このような対物レンズシステムを使用すると、比較的容易な
方法で大きな開口数を実現できる。特に、大きな開口数を有し、装置の要素と装
置全体の光学的な品質に厳しい要件が課せられる光学装置には、本発明による方
法は、きわめて有用である。
方法で大きな開口数を実現できる。特に、大きな開口数を有し、装置の要素と装
置全体の光学的な品質に厳しい要件が課せられる光学装置には、本発明による方
法は、きわめて有用である。
【００２０】 対物レンズシステムの要素の材料は、波長が異なると屈折率が異なる、つまり
分散を示すため、走査装置の対物レンズシステムは、波長の変化の影響も受けう
る。特に、情報の書き込みと読み取りの両方が必要とされ、ダイオードレーザー
形式の放射源の強さを読み取り時のレベルとそれよりかなり高い書き込み時のレ
ベルとで切り替える必要のある走査装置では、ダイオードレーザーの切替時に放
射波長が数nmずれることがあるため、このことは問題となりうる。放射ビームの
焦点は、対物レンズシステムの材料の分散に起因して、このような波長のずれの
発生時には記録担体の情報面を超えることがある。
分散を示すため、走査装置の対物レンズシステムは、波長の変化の影響も受けう
る。特に、情報の書き込みと読み取りの両方が必要とされ、ダイオードレーザー
形式の放射源の強さを読み取り時のレベルとそれよりかなり高い書き込み時のレ
ベルとで切り替える必要のある走査装置では、ダイオードレーザーの切替時に放
射波長が数nmずれることがあるため、このことは問題となりうる。放射ビームの
焦点は、対物レンズシステムの材料の分散に起因して、このような波長のずれの
発生時には記録担体の情報面を超えることがある。
【００２１】 波長の変化の影響をきわめて受けにくい走査装置の実施例は、さらに、補償器
の要素のアッベ数が相異なることを特徴とする。
の要素のアッベ数が相異なることを特徴とする。
【００２２】 光学材料のアッベ数は、材料の分散の尺度であり、材料を通過するビームの波
長が変化したときにその材料の屈折率が変化する程度を示す。補償器の要素の材
料には、補償器が設計波長のビームに対して光学的効果を生じさせないように、
設計波長の屈折率とできる限り同じ屈折率をもつものを使用する。波長の変化に
対し、補償器の要素の屈折率の変化量は相違するので、これらの要素の間の湾曲
境界は、収束要素または発散要素として機能する。この結果、補償器から出るビ
ームは、入るビームよりも小さく収束または発散し、その収束または発散により
、その波長に起因する対物レンズシステムの光学特性の変動を補正することがで
きる。
長が変化したときにその材料の屈折率が変化する程度を示す。補償器の要素の材
料には、補償器が設計波長のビームに対して光学的効果を生じさせないように、
設計波長の屈折率とできる限り同じ屈折率をもつものを使用する。波長の変化に
対し、補償器の要素の屈折率の変化量は相違するので、これらの要素の間の湾曲
境界は、収束要素または発散要素として機能する。この結果、補償器から出るビ
ームは、入るビームよりも小さく収束または発散し、その収束または発散により
、その波長に起因する対物レンズシステムの光学特性の変動を補正することがで
きる。
【００２３】 装置は、さらに、放射源と補償器の間にコリメータレンズを配置することを特
徴とすることが望ましい。
徴とすることが望ましい。
【００２４】 コリメータメンズは、1枚または2枚以上のレンズ要素から構成することができ
、放射源から供給される発散ビームを平行ビームに変換する。これにより、対物
レンズシステムの設計は、発散ビームを情報面上にフォーカスさせる必要のある
対物レンズシステムの設計よりも容易になる。
、放射源から供給される発散ビームを平行ビームに変換する。これにより、対物
レンズシステムの設計は、発散ビームを情報面上にフォーカスさせる必要のある
対物レンズシステムの設計よりも容易になる。
【００２５】 本発明は、また、光学記録担体の情報面において情報の読み取りおよび／また
は書き込みを行う機器にも関する。この機器は、前記情報面上に走査スポットを
形成するための光学装置と、前記情報面からの放射光を電気信号に変換するため
の放射検出システムと、前記走査スポットと前記情報面を互いに相対的に移動さ
せるための手段とを有し、前記光学装置が上述した装置であることを特徴とする
。
は書き込みを行う機器にも関する。この機器は、前記情報面上に走査スポットを
形成するための光学装置と、前記情報面からの放射光を電気信号に変換するため
の放射検出システムと、前記走査スポットと前記情報面を互いに相対的に移動さ
せるための手段とを有し、前記光学装置が上述した装置であることを特徴とする
。
【００２６】
本発明の上記およびその他の観点は、以下に述べる実施例を参照して明らかに
なるであろう。
なるであろう。
【００２７】 図1は、半径方向の断面図における、円形ディスク型の光学記録担体の一部を
示す。この記録担体は、片側に情報層3が形成された透明層2を有す。情報層3の
、透明層2との反対側を、保護層4によって周囲の影響から保護してもよい。透明
層2の走査装置側は、入口面5と呼ぶ。透明層は、記録担体の基板として機能し、
情報層の機械的な支持部を形成する。これに代えて、透明層2を情報層の保護と
してのみ使用し、機械的な支持は、情報層の反対側の層、例えば、保護層4や、
情報層3の上に形成される別の透明層や別の情報層によって行うことも可能であ
る。記録担体の情報層3には、実質的に平行、同心円、またはらせん形のトラッ
クに配置された光学的に検出可能な領域の形態で情報を格納できる。これらのト
ラックは、図1には示されていないが、この断面図の面に垂直に存在する。これ
らの領域は、光学的に検出可能であれば任意の形状のもので良く、例えば、反射
係数や磁化の方向が周囲と異なるエリアやピット、またはこれらの形状の組み合
わせを使用することができる。
示す。この記録担体は、片側に情報層3が形成された透明層2を有す。情報層3の
、透明層2との反対側を、保護層4によって周囲の影響から保護してもよい。透明
層2の走査装置側は、入口面5と呼ぶ。透明層は、記録担体の基板として機能し、
情報層の機械的な支持部を形成する。これに代えて、透明層2を情報層の保護と
してのみ使用し、機械的な支持は、情報層の反対側の層、例えば、保護層4や、
情報層3の上に形成される別の透明層や別の情報層によって行うことも可能であ
る。記録担体の情報層3には、実質的に平行、同心円、またはらせん形のトラッ
クに配置された光学的に検出可能な領域の形態で情報を格納できる。これらのト
ラックは、図1には示されていないが、この断面図の面に垂直に存在する。これ
らの領域は、光学的に検出可能であれば任意の形状のもので良く、例えば、反射
係数や磁化の方向が周囲と異なるエリアやピット、またはこれらの形状の組み合
わせを使用することができる。
【００２８】 走査装置は、放射ビーム7を放射する放射源6（例えば、半導体レーザー）を有
す。このビームは、ビームスプリッタ8（例えば、半透明ミラー）によってレン
ズシステムに向かって反射される。さらにこのシステムは、コリメータレンズ9
と対物レンズシステム10を有し、この対物レンズシステム10は、対物レンズ12と
平凸レンズ13を有す。これらのレンズ12と13は、対物ホルダ11に収納されている
。コリメータレンズ9は、発散ビーム7を平行ビーム14に変換する。対物レンズ12
は、光軸15を有し、平行ビーム14を、レンズ13に入射する収束ビーム16に変換す
る。レンズ13は、入射ビーム16を、情報層3上で焦点18が結ばれる収束ビーム17
に変換する。この平凸レンズ13は、凸面と平面を有する。平面は記録担体1に面
し、記録担体と隙間19だけ離れている。対物レンズは、図では1枚のレンズ要素
として示されているが、複数のレンズ要素により構成したり、あるいは透過型（
transmission）または反射型のホログラムを有していてもよい。またコリメータ
レンズは、複数のレンズ要素を有していてもよい。
す。このビームは、ビームスプリッタ8（例えば、半透明ミラー）によってレン
ズシステムに向かって反射される。さらにこのシステムは、コリメータレンズ9
と対物レンズシステム10を有し、この対物レンズシステム10は、対物レンズ12と
平凸レンズ13を有す。これらのレンズ12と13は、対物ホルダ11に収納されている
。コリメータレンズ9は、発散ビーム7を平行ビーム14に変換する。対物レンズ12
は、光軸15を有し、平行ビーム14を、レンズ13に入射する収束ビーム16に変換す
る。レンズ13は、入射ビーム16を、情報層3上で焦点18が結ばれる収束ビーム17
に変換する。この平凸レンズ13は、凸面と平面を有する。平面は記録担体1に面
し、記録担体と隙間19だけ離れている。対物レンズは、図では1枚のレンズ要素
として示されているが、複数のレンズ要素により構成したり、あるいは透過型（
transmission）または反射型のホログラムを有していてもよい。またコリメータ
レンズは、複数のレンズ要素を有していてもよい。
【００２９】 コリメータレンズ、対物レンズ、放射源の放射面、像を使用することにより、
走査スポット18は無限遠で結合し、対物レンズシステムは平行ビームを受け取る
。これに代わる方法として、コリメータレンズを省略して、発散ビームを対物レ
ンズシステムに入射させ、対象物と像を無限遠で結合させるようにしてもよい。
その場合、対物レンズシステムは、発散ビームを収束させなくてはならないので
、このシステムの設計は、コリメータレンズを使用するときよりも難しくなる。
走査スポット18は無限遠で結合し、対物レンズシステムは平行ビームを受け取る
。これに代わる方法として、コリメータレンズを省略して、発散ビームを対物レ
ンズシステムに入射させ、対象物と像を無限遠で結合させるようにしてもよい。
その場合、対物レンズシステムは、発散ビームを収束させなくてはならないので
、このシステムの設計は、コリメータレンズを使用するときよりも難しくなる。
【００３０】 情報の書き込みまたは読み取り時には、記録担体は、モーター27によって駆動
される軸28により回転し、それにより情報トラックは、走査スポット18によって
走査される。走査スポットと記録担体を図1の図面の面に垂直な方向に互いに相
対的に移動させることにより、同心円のトラックすべて、またはらせんトラック
全体を走査することができる。この移動は、走査装置または走査装置の一部、特
に少なくとも対物レンズシステムを、前記の方向に移動可能な送り台の上に配置
することにより実現できる。情報の読み取り時には、情報層3によって反射され
た収束ビーム17は、連続する情報エリアに格納されている情報によって変調され
る。反射した放射光は、反射ビーム20を形成し、このビーム20は、往路である収
束ビーム14の経路沿いに戻る。対物レンズシステム10とコリメータレンズ9は、
反射および変調されたビームを収束反射ビーム21に変換し、ビームスプリッタ8
は、ビーム21の一部を放射検出システム22にパスする。検出システムは、ビーム
から放射光を受け取って、それを電気信号に変換する。この電気信号の1つが、
情報面から読み取られた情報を表す情報信号23である。もう1つの信号は、情報
面3に対して生じうる焦点18の軸方向偏差を表す焦点誤差信号24である。この焦
点誤差信号は、各種の既知の方法で発生させることができ、焦点制御回路25の入
力信号として使われる。焦点制御回路25は、焦点18の軸方向位置が情報層3の面
に一致するように対物レンズシステムの軸アクチュエータ（図には示されていな
い）を駆動する。検出システム22によって供給されるもう1つの信号は、走査ス
ポットの中心とその瞬間に読み取られる情報トラックの中心線とに生じうる偏差
を表すトラッキング誤差信号である。この信号は、やはり各種の既知の方法で発
生させることができ、半径方向制御回路（図には示されていない）の入力信号と
して使われる。この半径方向制御回路は、走査スポット18の中心が読み取り中の
トラックの中心線に一致するように半径方向アクチュエータを駆動する。
される軸28により回転し、それにより情報トラックは、走査スポット18によって
走査される。走査スポットと記録担体を図1の図面の面に垂直な方向に互いに相
対的に移動させることにより、同心円のトラックすべて、またはらせんトラック
全体を走査することができる。この移動は、走査装置または走査装置の一部、特
に少なくとも対物レンズシステムを、前記の方向に移動可能な送り台の上に配置
することにより実現できる。情報の読み取り時には、情報層3によって反射され
た収束ビーム17は、連続する情報エリアに格納されている情報によって変調され
る。反射した放射光は、反射ビーム20を形成し、このビーム20は、往路である収
束ビーム14の経路沿いに戻る。対物レンズシステム10とコリメータレンズ9は、
反射および変調されたビームを収束反射ビーム21に変換し、ビームスプリッタ8
は、ビーム21の一部を放射検出システム22にパスする。検出システムは、ビーム
から放射光を受け取って、それを電気信号に変換する。この電気信号の1つが、
情報面から読み取られた情報を表す情報信号23である。もう1つの信号は、情報
面3に対して生じうる焦点18の軸方向偏差を表す焦点誤差信号24である。この焦
点誤差信号は、各種の既知の方法で発生させることができ、焦点制御回路25の入
力信号として使われる。焦点制御回路25は、焦点18の軸方向位置が情報層3の面
に一致するように対物レンズシステムの軸アクチュエータ（図には示されていな
い）を駆動する。検出システム22によって供給されるもう1つの信号は、走査ス
ポットの中心とその瞬間に読み取られる情報トラックの中心線とに生じうる偏差
を表すトラッキング誤差信号である。この信号は、やはり各種の既知の方法で発
生させることができ、半径方向制御回路（図には示されていない）の入力信号と
して使われる。この半径方向制御回路は、走査スポット18の中心が読み取り中の
トラックの中心線に一致するように半径方向アクチュエータを駆動する。
【００３１】 情報が情報層に書き込まれるときは、放射源からのビームは、書き込む情報信
号によって変調される。この変調は、このビームの経路内の別の変調器（例えば
、音-光変調器）によって行うことができ、変調器は、書き込む情報信号によっ
て制御されるか、または書き込む情報信号を発する放射源の直接制御によって制
御される。情報の書き込み時にはさらに、検出システム22は、焦点誤差信号とト
ラッキング誤差信号を供給することができる。この場合、情報層から読み取られ
る情報信号は、実際の情報の書き込みの際に使用されるアドレスのような、記録
担体上に事前に設けられているデータについての情報を有する。
号によって変調される。この変調は、このビームの経路内の別の変調器（例えば
、音-光変調器）によって行うことができ、変調器は、書き込む情報信号によっ
て制御されるか、または書き込む情報信号を発する放射源の直接制御によって制
御される。情報の書き込み時にはさらに、検出システム22は、焦点誤差信号とト
ラッキング誤差信号を供給することができる。この場合、情報層から読み取られ
る情報信号は、実際の情報の書き込みの際に使用されるアドレスのような、記録
担体上に事前に設けられているデータについての情報を有する。
【００３２】 図2は、対物レンズシステムとこの対物レンズシステムを通過する放射光の経
路の拡大図である。対物レンズは、非球面表面の平凸レンズでもよいが、図2に
示されているような非球面凸面31と非球面凹面32を有するレンズが望ましい。こ
の対物レンズは、平凸レンズ13と透明層2によって生じる球面収差を補正し、焦
点に近い走査ビーム17、または走査スポット18に本質的に球面収差が生じないよ
うに、既知の方法により設計することができる。収差の補正は、複数のレンズ面
を使用することにより、さらに良好かつ容易に行うことができる。
路の拡大図である。対物レンズは、非球面表面の平凸レンズでもよいが、図2に
示されているような非球面凸面31と非球面凹面32を有するレンズが望ましい。こ
の対物レンズは、平凸レンズ13と透明層2によって生じる球面収差を補正し、焦
点に近い走査ビーム17、または走査スポット18に本質的に球面収差が生じないよ
うに、既知の方法により設計することができる。収差の補正は、複数のレンズ面
を使用することにより、さらに良好かつ容易に行うことができる。
【００３３】 面31や32、34のような非球面表面の形成には、レプリカプロセスを使用するこ
とが望ましい。このプロセスは、プリフォーム（preform）としてガラスレンズ
要素から始め、この要素の片側または両側の屈折面上に、十分に柔らかい状態で
、硬化性ポリマーのような透明合成材料の層を形成する。この層の外面は、目的
の形状のネガ形状を内側に有する鋳型を押しつけることにより、その目的の形状
に形成される。次いで、合成材料の層を硬化させ、その後レンズ要素から1つま
たは複数の鋳型をはずす。合成材料には、Akzo社により商品名Diacryl（製品内
容：Di-ethoxylated Bisphenol A Dimethacrylate、ケミカルアブストラクト：t
he Chemical Abstract no.:CAS no. 2448-20-2）として製造されている材料が使
用できる。この材料は、紫外線放射により硬化させることができる。
とが望ましい。このプロセスは、プリフォーム（preform）としてガラスレンズ
要素から始め、この要素の片側または両側の屈折面上に、十分に柔らかい状態で
、硬化性ポリマーのような透明合成材料の層を形成する。この層の外面は、目的
の形状のネガ形状を内側に有する鋳型を押しつけることにより、その目的の形状
に形成される。次いで、合成材料の層を硬化させ、その後レンズ要素から1つま
たは複数の鋳型をはずす。合成材料には、Akzo社により商品名Diacryl（製品内
容：Di-ethoxylated Bisphenol A Dimethacrylate、ケミカルアブストラクト：t
he Chemical Abstract no.:CAS no. 2448-20-2）として製造されている材料が使
用できる。この材料は、紫外線放射により硬化させることができる。
【００３４】 例えば、射出成形プロセスによって合成材料により完全に形成されるレンズ要
素に、比較的容易な方法で1つまたは2つの非球面表面を設けることもできる。レ
ンズ要素を成形する射出成形のプロセスで、目的のレンズ面のネガ形状を内側に
有する鋳型が1つまたは2つ使用される。このタイプのレンズの材料としては、ポ
リメタクリル酸メチル（PMMA）やポリカーボネート（PC）が知られている。合成
材料で非球面レンズ面を形成する方法のメリットは、ガラスレンズ要素の場合に
必要な、わずらわしい研削と研磨工程が不要になることである。
素に、比較的容易な方法で1つまたは2つの非球面表面を設けることもできる。レ
ンズ要素を成形する射出成形のプロセスで、目的のレンズ面のネガ形状を内側に
有する鋳型が1つまたは2つ使用される。このタイプのレンズの材料としては、ポ
リメタクリル酸メチル（PMMA）やポリカーボネート（PC）が知られている。合成
材料で非球面レンズ面を形成する方法のメリットは、ガラスレンズ要素の場合に
必要な、わずらわしい研削と研磨工程が不要になることである。
【００３５】 しかしながら、一部または全体に合成材料を使用するレンズ要素は、温度変動
の影響を受ける。特に、温度の変化時に合成材料の屈折率が変化することは、レ
ンズ要素の光学特性が変わる原因となる。さらに、温度の変化は、要素の形状の
変化をもたらすことがある。ただし同じ温度変化では、屈折率の変化の方が、形
状の変化よりも光学特性に対してより大きい影響を与える。温度の変動により発
生し、かつ球面収差の原因となる対物レンズシステムの光学特性の変動は、特に
、例えば、前述のNA値0.85の走査装置のような開口数の大きなシステムで発生す
る。
の影響を受ける。特に、温度の変化時に合成材料の屈折率が変化することは、レ
ンズ要素の光学特性が変わる原因となる。さらに、温度の変化は、要素の形状の
変化をもたらすことがある。ただし同じ温度変化では、屈折率の変化の方が、形
状の変化よりも光学特性に対してより大きい影響を与える。温度の変動により発
生し、かつ球面収差の原因となる対物レンズシステムの光学特性の変動は、特に
、例えば、前述のNA値0.85の走査装置のような開口数の大きなシステムで発生す
る。
【００３６】 温度の影響をずっと小さくするため、図3に示されているように、放射光の経
路上の対物レンズシステムの前に温度補償器が配置される。この補償器40は、第
1の平凸レンズ要素41と、第2の平凹レンズ要素42から構成されている。これらの
レンズ要素は、設計温度（例えば、20゜C）における屈折率が実質的に同じである
ため、この温度では、第1要素と第2要素の間の湾曲境界において放射ビーム14に
対する屈折率の相違はない。また補償器40の外面44と45は平坦であるため、この
補償器は、設計温度において何らの光学的効果も生じない。つまり、補償器に入
る平行ビーム14は、平行ビーム14'として補償器を出る。
路上の対物レンズシステムの前に温度補償器が配置される。この補償器40は、第
1の平凸レンズ要素41と、第2の平凹レンズ要素42から構成されている。これらの
レンズ要素は、設計温度（例えば、20゜C）における屈折率が実質的に同じである
ため、この温度では、第1要素と第2要素の間の湾曲境界において放射ビーム14に
対する屈折率の相違はない。また補償器40の外面44と45は平坦であるため、この
補償器は、設計温度において何らの光学的効果も生じない。つまり、補償器に入
る平行ビーム14は、平行ビーム14'として補償器を出る。
【００３７】 しかしながら、要素41と42とでは、材料の屈折率nの温度依存性dn/dTが異なる
。このため設計温度から充分離れた温度では、要素41と42の屈折率は相異なる。
放射ビーム14が、境界43において屈折率が相違し、そしてこの境界が湾曲してい
るため、これは屈折レンズ面として機能する。つまり、補償器は、小さな光学的
効果を有し、温度変化に応じてビームをわずかに収束または発散させる。境界43
に対し適切な形状を選ぶことにより、対物レンズシステム10の温度依存性を、補
償器40の温度依存の光学的効果によって補正することが出来るので、40と10のシ
ステム全体は、温度変動の影響を受けなくなる。
。このため設計温度から充分離れた温度では、要素41と42の屈折率は相異なる。
放射ビーム14が、境界43において屈折率が相違し、そしてこの境界が湾曲してい
るため、これは屈折レンズ面として機能する。つまり、補償器は、小さな光学的
効果を有し、温度変化に応じてビームをわずかに収束または発散させる。境界43
に対し適切な形状を選ぶことにより、対物レンズシステム10の温度依存性を、補
償器40の温度依存の光学的効果によって補正することが出来るので、40と10のシ
ステム全体は、温度変動の影響を受けなくなる。
【００３８】 要素41、42の材料は、一方がガラスで他方が合成材料であることが望ましい。
ガラスの屈折率は、実質的に温度の影響を受けないので、合成材料の選択は容易
になる。実際、適合する合成材料の屈折率は、すべて、ガラスとは異なる温度依
存性を有するので、合成材料に求められる条件は、設計温度における屈折率がガ
ラスの屈折率にできる限り等しいことのみである。
ガラスの屈折率は、実質的に温度の影響を受けないので、合成材料の選択は容易
になる。実際、適合する合成材料の屈折率は、すべて、ガラスとは異なる温度依
存性を有するので、合成材料に求められる条件は、設計温度における屈折率がガ
ラスの屈折率にできる限り等しいことのみである。
【００３９】 本発明による走査装置の実施例では、ガラス要素が、型番BAK4のガラスから形
成され、その屈折率が波長650nmにおいて1.566であるのに対し、合成材料要素は
、前述のAkzo社のDiacrylにより形成され、その屈折率は設計温度において1.565
である。この実施例では、対物レンズシステムのNAは0.85であり、球面境界43の
曲率半径は-2.925nmである。この装置の温度耐性は、温度補償器のない装置の6
倍である。
成され、その屈折率が波長650nmにおいて1.566であるのに対し、合成材料要素は
、前述のAkzo社のDiacrylにより形成され、その屈折率は設計温度において1.565
である。この実施例では、対物レンズシステムのNAは0.85であり、球面境界43の
曲率半径は-2.925nmである。この装置の温度耐性は、温度補償器のない装置の6
倍である。
【００４０】 レンズ要素の表面の曲率や厚さの変化など、対物レンズシステム内の形状の変
化も対物レンズシステムの光学特性に影響する場合には、境界43の曲率を調整す
ることにより、それらの変化を補正することができる。
化も対物レンズシステムの光学特性に影響する場合には、境界43の曲率を調整す
ることにより、それらの変化を補正することができる。
【００４１】 図3の実施例には、設計温度においてビーム14とビーム14'がいずれも平行ビー
ムとなるように、コリメータレンズ9が設けられている。発散ビームを望ましい
走査スポット18にフォーカスさせることができるように対物レンズシステム10が
設計されている場合には、コリメータレンズ9はなくてもよい。
ムとなるように、コリメータレンズ9が設けられている。発散ビームを望ましい
走査スポット18にフォーカスさせることができるように対物レンズシステム10が
設計されている場合には、コリメータレンズ9はなくてもよい。
【００４２】 本発明は、開口数が0.85で、かつ温度による影響を受ける走査装置にも使用で
きる。このような装置の対物レンズシステムは、例えば、両面が非球面の1枚の
レンズ要素か、または複数のレンズ要素で構成される対物レンズ12を有すること
ができる。
きる。このような装置の対物レンズシステムは、例えば、両面が非球面の1枚の
レンズ要素か、または複数のレンズ要素で構成される対物レンズ12を有すること
ができる。
【００４３】 記録担体における情報の書き込みと読み取りの両方を行える機器で使われる走
査装置など、波長の変化が発生しうる走査装置では、走査ビームの焦点の軸方向
位置が、対物レンズシステムの材料の分散に起因して情報面に対してずれ、これ
により情報面上の走査スポットが大きくなりすぎて、隣接する情報トラックや連
続する情報エリアの間でクロストークが発生することがある。走査装置を波長の
変化の影響を受けないようにするため、補償器40の要素41と42の材料として、設
計波長における屈折率が同じで、かつ波長依存性dn/dλが異なる材料を選択でき
る。この場合には、境界43において屈折率の差がなく、補償器の外面は平坦であ
るため、補償器は、設計波長では光学的効果を有さない。しかし設計波長から充
分にはずれた波長では、湾曲境界43で屈折率の差が生じ、この境界はレンズとし
て機能する。つまり補償器は、小さな光学的効果を有し、波長の変化に応じてビ
ーム14'をわずかに収束または発散させる。このように、対物レンズシステムの
波長依存性は、補償器の波長依存の光学的効果によって補正でき、40と10のトー
タルなシステムは、波長変化の影響を受けなくなる。
査装置など、波長の変化が発生しうる走査装置では、走査ビームの焦点の軸方向
位置が、対物レンズシステムの材料の分散に起因して情報面に対してずれ、これ
により情報面上の走査スポットが大きくなりすぎて、隣接する情報トラックや連
続する情報エリアの間でクロストークが発生することがある。走査装置を波長の
変化の影響を受けないようにするため、補償器40の要素41と42の材料として、設
計波長における屈折率が同じで、かつ波長依存性dn/dλが異なる材料を選択でき
る。この場合には、境界43において屈折率の差がなく、補償器の外面は平坦であ
るため、補償器は、設計波長では光学的効果を有さない。しかし設計波長から充
分にはずれた波長では、湾曲境界43で屈折率の差が生じ、この境界はレンズとし
て機能する。つまり補償器は、小さな光学的効果を有し、波長の変化に応じてビ
ーム14'をわずかに収束または発散させる。このように、対物レンズシステムの
波長依存性は、補償器の波長依存の光学的効果によって補正でき、40と10のトー
タルなシステムは、波長変化の影響を受けなくなる。
【００４４】 本発明は、光学記録担体における情報の読み取りおよび／または書き込みを行
うための機器での使用を参照しながら説明したが、これに限定されるものではな
い。本発明は、高解像度で走査を行う必要があるとき、つまり走査スポットが小
さいときに使用できる。例えば、非常に高い解像度の走査光学顕微鏡や、各種用
途の高い解像力を有する光学検査機器などで使用できる。
うための機器での使用を参照しながら説明したが、これに限定されるものではな
い。本発明は、高解像度で走査を行う必要があるとき、つまり走査スポットが小
さいときに使用できる。例えば、非常に高い解像度の走査光学顕微鏡や、各種用
途の高い解像力を有する光学検査機器などで使用できる。
【図１】走査装置を備え、光学記録担体の読み取りおよび／または書き込みを
行うための光学機器の実施例の一部を示す。
行うための光学機器の実施例の一部を示す。
【図２】走査装置の対物レンズシステムの実施例を示す。
【図３】温度補償器を有する走査装置の実施例を示す。
【符号の説明】 1 記録担体 2 透明層 3 情報層 4 保護層 5 入口面 6 放射源 7 放射ビーム 8 ビームスプリッタ 9 コリメータレンズ 10 対物レンズシステム 11 対物ホルダ 12 対物レンズ 13 平凸レンズ 14 平行ビーム 15 光軸 16 収束ビーム 17 収束ビーム 18 焦点 19 隙間 20 反射ビーム 21 反射ビーム 22 放射検出システム 23 情報信号 24 焦点誤差信号 25 焦点制御回路5 27 モーター 28 軸 31 非球面凸面 32 非球面凹面 34 非球面表面 40 補償器 41 第1の平凸レンズ要素 42 第2の平凹レンズ要素 43 境界 44 外面 45 外面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 NA08 PA02 PA03 PA17 PB02 PB03 QA02 QA05 QA14 QA21 QA25 QA33 QA41 QA45 RA03 RA12 RA13 RA44 RA45 5D119 AA40 AA50 BA01 EC03 JA43 JA70 JB04
Claims (7)
- 【請求項１】 走査ビームを供給するための放射源と、前記走査ビームを前記
情報面上の走査スポットにフォーカスさせるための対物レンズシステムを有する
、情報面を光学的に走査する光学装置において、 平凸の第1要素と平凹の第2要素の接着型ダブレットを有する温度補償器が、前
記放射源と前記対物レンズシステムの間に配置され、前記第1要素の凸面が前記
第2要素の凹面に対して配置され、前記第1要素と前記第2要素の前記屈折率が、
前記設計温度では実質的に等しいが、相異なる温度依存性を有していることを特
徴とする光学装置。 - 【請求項２】 前記補償器の前記要素の一方の材料がガラスであり、前記他方
の要素の材料が透明な合成材料であることを特徴とする、請求項1に記載の光学
装置。 - 【請求項３】 当該ガラスがBAK4であり、当該合成材料がDiacrylであること
を特徴とする、請求項2に記載の光学装置。 - 【請求項４】 前記対物レンズシステムが対物レンズと平凸レンズを有し、前
記対物レンズが対物側に位置し、前記平凸レンズが像側に位置し、前記平凸レン
ズの前記凸面が前記対物レンズに面していることを特徴とする、請求項1、2、3
の何れかに記載の光学装置。 - 【請求項５】 前記補償器の前記要素が、相異なるアッベ数をもつことを特徴
とする、前記請求項の何れかに記載の光学装置。 - 【請求項６】 コリメータレンズが、前記放射源と前記補償器の間に配置され
ていることを特徴とする、前記請求項の何れかに記載の光学装置。 - 【請求項７】 前記情報面上に走査スポットを形成するための光学装置と、前
記情報面からの放射光を電気信号に変換するための放射検出システムと、前記走
査スポットと前記情報面を互いに相対的に動かすための手段とを有する、光学記
録担体の情報面における情報の読み取りおよび／または書き込みを行う機器にお
いて、 前記光学装置が、前記請求項の何れかに記載の装置であることを特徴とする機
器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98202673 | 1998-08-07 | ||
| EP98202673.4 | 1998-08-07 | ||
| PCT/EP1999/005518 WO2000008641A1 (en) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | Optical scanning device and optical apparatus for reading and/or writing information in an information plane provided with such a device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002522809A true JP2002522809A (ja) | 2002-07-23 |
| JP2002522809A5 JP2002522809A5 (ja) | 2006-10-05 |
Family
ID=8234020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000564196A Pending JP2002522809A (ja) | 1998-08-07 | 1999-07-29 | 光学走査装置および、そのような装置を装備した情報面における情報の読み取りおよび／または書き込みを行うための光学機器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6141153A (ja) |
| EP (1) | EP1042751A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002522809A (ja) |
| KR (1) | KR100658200B1 (ja) |
| MY (1) | MY125818A (ja) |
| TW (1) | TW463055B (ja) |
| WO (1) | WO2000008641A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CN103048774A (zh) * | 2011-10-14 | 2013-04-17 | 奥林巴斯株式会社 | 成像光学系统、具有该系统的摄像装置、信息处理装置 |
| CN103907044A (zh) * | 2011-10-31 | 2014-07-02 | Lg伊诺特有限公司 | 成像镜头 |
| CN108152922A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-12 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 摄像光学镜头 |
| JP2021157177A (ja) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | ▲ホアン ▼旭▲フゥア▼ | 自己温度焦点補償装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3956547B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2007-08-08 | ソニー株式会社 | 光記録装置、光記録及び／又は再生方法 |
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