JP2002526790A

JP2002526790A - 走査ヘッド・レンズ組立体

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Publication number: JP2002526790A
Application number: JP2000572714A
Authority: JP
Inventors: ロナルド・イー・ロープ; マーティン・エル・パラム
Original assignee: ティ・スクエアード・ジー・インコーポレーテッド
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2002-08-20
Also published as: CA2345124C; CA2345124A1; EP1131666A4; EP1131666A1

Abstract

(57)【要約】複数の光ビーム（２０１）を発生し、その後で、光ビームを目標上に正確に位置決めする光学的ヘッド・レンズ組立体、方法および手順。システムは、入力光源を複数の光ビーム（２１５）パターンに回折するか、または最初に、複数の光ビーム（２１５）パターンが、ヘッド組立体の任意の構成部材の最小の動きにより、二つの軸平面（２２２、２２３）を通して複数の光ビーム（２１５）パターンの個々のビームが正確な間隔を持ち、修正され、焦点を結び、目標に向けられる複数の光ビーム・パターンを発生する。このような個々のビームは、また、個々に変調することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、概して、光学およびオプトエレクトロニクスに関し、特に、平行ビ
ーム・パターンの発生、平行ビーム・パターンでの個々のビームおよび全平行ビ
ーム・パターン自身の再構成、修正、変調、焦点合わせ、走査および方向変換、
平行ビーム・パターンでの個々のビームの空間的な位置決めに関する。

【０００２】

【従来の技術】

周知のように、レーザは、光の一本の焦点が合っている（コヒーレントな）ビ
ームを放射する。一本のレーザは、外科手術、材料での穿孔、材料の切断、電気
通信における光ファイバ送信、自由空間送信、兵器製造、音楽の録音（ＣＤ）、
および、もちろん、コンピュータのデータの記憶を含む種々様々な用途に使用さ
れる。線形アレーまたはマトリックス・アレー内に配置されていて、複数の平行
なビームを放射する固体レーザ源も、最近市場で入手することができるようにな
ってきている。線形アレーまたはマトリックス・アレー内の個々のダイオードか
らの光の放射は独立している電気信号源により制御される。

【０００３】レーザの光ビームは、本来幅が狭くて、小さな焦点を結ぶが、場合によっては
、その用途の要求を満たすために種々の変更を必要とする。ビームの変更の例と
しては、拡大／縮小、再度の焦点合わせ、収差修正および視準等がある。これら
の変更は、通常、種々のタイプの個々の光学的レンズ、および／または結合レン
ズ組立体により行われる。

【０００４】さらに、ＣＲＴにおける電子ビームの操作のように、レーザ・ビームを簡単に
、また安いコストで方向転換することができればそれは非常に望ましいことであ
る。しかし、レーザ・ビームの電磁界を非常に簡単に操作し、そうすることによ
りレーザ・ビームを方向転換させる技術は開発されていないか、コストの点で実
際には使用できない。従って、光線の方向転換は、従来、固定ミラーまたはサー
ボ位置決めミラーによってほぼ独占的に行われてきた。

【０００５】簡単に、また安いコストで方向転換を行うことができ、変調することができる
レーザ・ビームがあれば、下記の用途を含む複数の用途に使用することができる
。一つのビーム・パターンおよび複数のビーム・パターンの両方のこれらのタイ
プのレーザ・ビームの例としては下記のものなどがある。ａ．スクリーン映像を直接発生することができるブラウン管（ＣＲＴ）用のデ
ィスプレイ管の代わりとしてｂ．レーザにより破壊するための生物学的細胞の狙い打ちｃ．物理的パターンの光学的検査ｄ．直接デジタル（変調）送信ｅ．感光ゲル上への選択的パターンの露出ｆ．（例えば、固定メディアおよび動的メディア上での）デジタル・データの
並列記憶および検索

【０００６】光学的データの記憶産業界においては、コード化したデータの記憶および検索
の際に修正レーザ・ビームが使用される。このようなデータは、レーザからの光
、または焦点を合わせたレーザ・ビームからの熱により光学的記憶媒体の特性を
修正することによりコード化される。いずれの場合も、レーザから放射されたレ
ーザ・ビームは、一連のレンズにより正確に縮小され、成形され、焦点合わせが
行われる。通常の背景の市販の光学的ドライブは、光学的記憶媒体からデータを
読み取るのに一本のレーザ・ビームを使用する。さらに、通常の背景デバイスは
、データを書き込んだりサーボ・トラッキングするために、一つまたはそれ以上
のレーザを使用することができる。

【０００７】光学的データ記憶産業の開発史においては、研究者達は、光学的記憶媒体に書
き込んだデータ、または光学的記憶媒体から読み取ったデータの転送速度を速く
するために、同時に動作する複数の読取／書込ヘッドを使用する記憶システムを
開発しようとして努力してきた。この業界の多重ヘッド光学的ドライブの開発者
の一人であるアサカ・コーポレーションは、１９９３年に、情報を同時に読取／
書込するために並列レーザ・ビームを使用する磁気光学（ＭＯ）ディスクを発表
した。

【０００８】現在も研究は行われていて、空間光線変調装置と結合した固体レーザ・アレー
の使用により、このコンセプト／目的の探求まで進歩してきている。この研究の
焦点の一つとしては、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器表面発光レーザ・ダイオード）、
およびデータを記憶し読み取るために使用することができる複数の平行レーザ・
ビームを放射するＶＣＳＥＬと同等のものがある。これらＶＣＳＥＬが放射した
レーザ・ビームを操作し、制御し、方向転換するために、これらＶＣＳＥＬと平
行して、多重タイプおよび種々のレンズ・スキームおよびマスクの開発が行われ
ている。

【０００９】ＶＣＳＥＬおよび類似のタイプの多重レーザ・ビーム発生アレーの開発により
、これらのアレーが発生する複数のレーザ・ビームを修正および／または方向転
換することができるレンズ・スキームの開発が待望されている。レンズ・スキー
ムのこれらの新しい発生に共通している要件は、これらレンズ・スキームは、レ
ーザ・ビーム・パターン全体に対して、または、全レーザ・ビーム・パターンの
個々のレーザ・ビームに対してその機能を同時に実行することができなければな
らないことである。米国特許第５，２９３，０３２号が開示しているロサンジェ
ルス所在のアーシャン・リサーチ・コーポレーションが開発した一つの技術は、
予め定めた一連の動作によりレーザ・ビームを偏向するために、電気的に駆動さ
れる一組のクリスタルを使用している。

【００１０】全レーザ・ビーム・パターンのレーザ・ビームは、固体レーザ・ビーム源の分
離より、目標のところで小さいサブミクロンの次元スケール上に設定される。両
方のプランは、同じ半導体のスイッチング速度で実行しなければならない。

【００１１】光学的データ記憶デバイス内のレーザ・レンズ・システムのもう一つの共通の
適用素子は、ディスク媒体の使用である。回転媒体を使用するシステムは、ヘッ
ドを通過し、上記デバイスのサーボ・システムと結合している媒体に少なくとも
一つの自由度を与え、さらに、制限された三次元の自由／行動を生み出すために
、第二および第三の自由度を与えることができることは明らかである。機械工作
動作、写真等のような種々の空間的位置決めシステムは、同様に、同等の目標設
定スキームを供給するが、このスキームにおいては、目標に載せるために、レー
ザ・ビーム・パターンを操作するのではなく、レーザ・ビーム・パターンの目標
範囲内にシステムの反応的素子が動かされる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】

従って、本発明の一つの目的は、個々のレーザ・ビーム成分を別々に変調する
ことができ、光学的に修正し、再度焦点合わせを行うことができる複数のレーザ
・ビーム・パターンを発生するように機能する新規なヘッド・レンズ・システム
を提供することである。レーザ・ビーム・パターン、また、比例状態で、またス
ケールできるように縮小することができ、レーザ・ビーム・パターンは、二つの
軸平面を同時に目標にすることができ、計算された空間的間隔および整合状態を
維持しながら、制御可能な角速度で、必要なある角度を通して掃引することがで
きる。

【００１３】本発明のもう一つの目的は、目標の仮想の二つの次元の平面上で、サブミクロ
ンの目標に複数のレーザ・ビーム・パターンをランダムに位置決めし、その後で
、直交する割り出しされたパターンの平面を一貫した速度およびヘッド・レンズ
組立体の任意の構成部材の最小（ほとんど知覚できない）の動きで掃引する機能
を提供することである。

【００１４】本発明のもう一つの目標は、複数の出力レーザ・ビーム・パターンの電力を増
強するために、複数の光源を一つのコヒーレントな光源ビームに結合することが
できる新規なヘッド・レンズ・システムを提供することである。

【００１５】本発明のもう一つの目的は、一つのレーザ光源ビームを相互に平行になるよう
に個々のレーザ・ビームを視準し、予め定めた距離だけ分離し、複数のレーザ・
ビーム・パターンに分割することができる新規なヘッド・レンズ・システムを提
供することである。

【００１６】本発明のもう一つの目的は、個々の各ビームに対して一意である信号パターン
に従って、またマイクロ秒以下のスイッチング速度で、複数のレーザ・ビーム・
パターンで個々のレーザ・ビームを個々に変調することができる新規なヘッド・
レンズ・システムを提供することである。

【００１７】本発明のもう一つの目的は、複数のレーザ・ビーム・パターンを、ほぼ１ミク
ロンまたはそれ以下の範囲で、予め定めた空間的間隔にスケールできるように縮
小することができる新規なヘッド・レンズ・システムを提供することである。

【００１８】本発明のもう一つの目的は、最小の動きしか必要としないジンバル装着レンズ
により複数のレーザ・ビーム・パターンを指向性を利用して目標に合わせること
ができる新規なヘッド・レンズ組立体を提供することである。

【００１９】本発明のもう一つの目的は、ヘッド・レンズ組立体（光源）から目標までの間
隔を短くしながら複数のレーザ・ビーム・パターンの焦点を長くすることにより
複数のレーザ・ビーム・パターンの掃引角度を小さくすることができる新規なヘ
ッド・レンズ・システム組立体を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

本発明のこれらおよび他の目的は、組織的な組立体および投影されたレーザ光
線のトレーン内に機能素子を設置することにより達成することができる。光学的
成分のこの配列は、本発明のヘッド・レンズ組立体の特定の各用途の用件に従っ
て特注により構成される。また、このようなヘッド／レンズ組立体は、基本的な
ドライブ機能受信回路と一緒に、ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）デバイ
ス内に収容されてる光学的集積回路に内蔵させることもできる。

【００２１】添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読めば、本発明をより完全に
理解することができるし、その付随する多くの利点をよりよく理解することがで
きるだろう。

【００２２】

【発明の実施の形態】

図面について説明すると、全図面を通して、同じまたは対応する部品には、類
似の参照番号がつけてある。より詳細に説明すると、図１は、本発明の第一の実
施形態である。

【００２３】図１の本発明の実施形態の場合には、本発明のデバイスは、個々の光線調整ゾ
ーン、および全パターン調整ゾーンに分かれている。個々の光線調整ゾーンの場
合には、個々の光ビーム成分は別々に処理される。全パターン調整ゾーンの場合
には、複数の光ビーム・パターンは、全体として処理される。

【００２４】図１に示すように、本発明のこの第一の実施形態は、凸レンズ２１４に送られ
るレーザ・ビーム２０１を出力するレーザ源２００を含む。凸レンズ２１４は、
レーザ・ビーム２０１を拡大して、拡大レーザ・ビーム２１５を発生する。この
拡大されたレーザ・ビーム２１５は、その後で、回折レンズ組立体２２０に送ら
れる。例を挙げて説明すると、この回折レンズ組立体は、二つの構成部材２２２
、２２３から形成することができる。第一の構成部材２２２は、多数の回折刻線
を含む回折格子である。第二の構成部材２２３はコリメーティングレンズを含む
。

【００２５】回折レンズ組立体２２０は、二つの機能を供給する。その第一の機能は、拡大
レーザ・ビーム２１５を、例えば、八つの楕円ビームのような複数の楕円ビーム
・パターンに分割することである。この機能は、回折格子２２２により実行され
る。これらの複数のビームの間隔は、回折格子２２２の面上の回折刻線に直接関
連し、複数の楕円ビームの数は、回折刻線の数に等しい。回折レンズ組立体２２
０のコリメーティングレンズ２２３は、回折刻線２２２の楕円ビーム出力を円形
のビームに変換し、この円形ビームは、その後で、複数の円形ビーム・パターン
２２１として出力される。このような回折レンズ組立体２２０は、一つの成形球
形レンズから形成することもできるし、カスケード構成または一連のシーケンス
構成の一組の複数の個々の構成部材から形成することもできる。

【００２６】コリメーティングレンズ２２３の基本的な機能は、当業者によって実行される
。通常の一つの素子からなる回折格子については、どの光学文献にも詳細に記載
されているし、種々様々なところから入手することができる。米国特許第４，９
８２，３９５号が、回折レンズ組立体を形成するためのカスケード構成技術につ
いて開示している。この米国特許の場合には、二つの回折格子レンズが設置され
ていて、六つの円形のビームが、一つのレーザ源ビームから発生するようになっ
ている。発生パターンは、一次元構成ではなく二次元構成であるが、ビームの次
元の関係は極めて正確である。ビームは、ミクロン単位またはそれ以下の距離に
より分離している。

【００２７】コリメーティングレンズ組立体については、光学的データ記録システムで使用
される米国特許第４，６４３，５３８号が開示している。回折格子レンズと同様
に、コリメーティングレンズも当業者にとっては周知のものである。

【００２８】定義によれば、非球形レンズは、（機械工作したガラスまたは相当物内にすで
に設置されている）個々の構成部材内に固有な機能を空間的な輪郭を持つ成形本
体により達成することができる光学成形物である。非球形レンズの利点は、複数
の単一の機能レンズおよび／または複数の異なる機能レンズを一つの成形物内に
結合することができることである。

【００２９】その後で、円形ビーム・パターン２２１は、光学的スイッチ組立体２３０に送
られる。この光学的スイッチ組立体２３０は、ビーム・パターン２２１において
、個々の円形ビームに対して一つずつ各光学的スイッチ含む。電気信号パターン
Ｓ（ｆ）は、信号発生器２３２から供給され、この信号発生器は、光学的スイッ
チ組立体２３０において、個々の各光学的スイッチを制御する。信号発生器２３
２からの上記電気信号Ｓ（ｆ）は、能動構成部材である個々のスイッチ素子に、
電気信号発生器２３２が出力する信号Ｓ（ｆ）に直接対応して個々の円形ビーム
を変調させる。

【００３０】光学的スイッチは、機械的なシャッターから固体デバイスまで種々様々な光学
的形態をとることができる。例えば、光学的データの記憶のように、場合によっ
ては、スイッチは、速いスイッチング速度が必要な場合もある。このような高速
のスイッチング・スイッチとしては、マッハ−ツェンダー干渉計、ファブリ−ペ
ローエタロン、光弁または自己電気光学効果デバイス（ＳＥＥＤ）等がある。

【００３１】光学的スイッチ組立体２３０の結果として得られる複数のビーム出力の光ビー
ム２３１は、平行なコード化された光ビーム（変調光線）のパターンである。

【００３２】これらの平行な光バースト２３１の波頭は、平行各光ビームが通る経路の長さ
が等しいまま変化しないで、同じ周囲の環境を伝播する限りは均一のままである
（すなわち、スキューしない）。このような状態が起こる可能性は極めて低いの
で、好適には、波頭のスキュー成分を光ビーム・パターン２３１の各ビームに導
入することが好ましい。

【００３３】スキュー補償は、目標２６５上に入射している光の読み取り出力から、例えば
、図３に示す光電検出器８６からのフィードバックで動作している信号発生器２
３２により導入される。図４（ａ）は、光ビーム・パターン２３１の個々の光ビ
ームである。これらの個々の光ビームは、信号発生器２３２により作動する個々
の各スイッチ２３０により変調されて、アナログ光ビーム・パターン２３１を発
生する。図４（ｂ）は、図４（ｃ）に示す変調光ビーム・パターン２３１を発生
するために、光学的スイッチ組立体２３０を駆動する信号発生器２３２に対する
信号Ｓ（ｆ）の可能な一連の波形を示す。

【００３４】図４（ｃ）のこのビーム・パターンは、光トレーンのバランスによるある操作
の後で、最終的に目標２６５に入射する。この走査ヘッド・レンズ組立体は、通
常、目標２６５上の光ビームの入射、およびその正しい位置を感知するために、
ある種のインジケータまたは検出装置を使用することができる。以下により詳細
に説明する、図３に示すようなある種の予想される用途の場合には、光電検出器
８６は、目標２６５から反射する各光ビームの反射を受光するために位置決めさ
れる。光電検出器８６としては、その上に入射する各光ビームに対して電気信号
を発行し、発生した各電気信号の相対的位置が、各光ビームの位置関係について
の情報を含むトランスジューサを使用することができる。さらに、当業者であれ
ば、発生した電気信号の時間分析（または同時測定）も、光ビーム・パターンの
個々の光ビームの到着時間の間の違いを示すことができることは周知である。

【００３５】図４（ｄ）は、各光ビームが通る経路、およびその各環境が同じである場合に
、各ビームに対する光電検出器８６のところでの到着時間が同じである光電検出
器８６の理想的な出力である。タイミング軸上のサブスクリプト「ａ」は、光学
的スイッチ２３０から（すなわち、ｔ１）から光電検出器８６（すなわち、ｔ１
ａ）までの等価伝播時間を示す。すでに説明したように、このような等価経路を
達成した場合には、それにより、図４（ｄ）のような出力は検出できない。図４
（ｅ）は、光電検出器８６のところでのより現実的な検出出力を示す。この図は
、各時間測定ビーム・パターン（すなわち、ｔ１対ｔ２対ｔ３等の）の間の遅延
が、直線的に増大する出力を示す。測定可能であり、そのため使用することがで
きるパラメータである上記遅延時間は、サブスクリプト「ｄ」で示す。

【００３６】これらの測定遅延は、図４（Ｆ）に示すように、フィードバックされ、差動経
路変動に対する信号発生器２３２のＳ（ｆ）信号出力のタイミングを補償するた
めに使用される。図４（ｆ）は、図の場合に適用された遅延を逆の順序で示す。
そのため、一番短い光の経路は、電気的に遅延して最も長い光の経路と同じ長さ
になる。一方、最も長い光の経路は、電気的に全然遅延を起こさない。図４（ｇ
）は、このようなスキュー補償の結果を示す。この図は、上記スキュー補償によ
り行った修正信号の位置決めを示す。遅延信号の後縁部により作動するトリガ回
路は、遅延を信号発生器２３２からの信号Ｓ（ｆ）出力内に導入するための一つ
の方法である。

【００３７】光ビーム・パターン２３１のすべてのビームの必要な遅延を較正するために、
すべての「１」信号、すなわち、すべてのビーム「高レベル」信号を、目標２６
５上のある点が取得された後であって、掃引がスタートする前に送りだすことが
できる。

【００３８】その後で、光学的スイッチ２３０の光ビーム・パターン２３１は、ビーム・パ
ターン縮小装置および焦点素子２４０を通して送られる。ビーム・パターン縮小
装置および焦点素子２４０の、縮小され、焦点を合わせられた光ビーム・パター
ン２４１出力は、その後で、水平ジンバル装着掃引レンズ２６０に送られる。こ
の水平ジンバル装着掃引レンズ２６０を制御することによって複数の光ビーム・
パターン２４１を水平方向に掃引することができる。水平ジンバル装着掃引レン
ズ２６０の多重光ビーム・パターン２６１出力は、その後で、掃引角度を小さく
するために複数の光ビーム・パターン２６１を複数回反射するビーム焦点角縮小
装置２５０に送られる。ビーム焦点角縮小装置２５０の出力は、その後で、垂直
ジンバル装着掃引レンズ２６２に送られる。この垂直ジンバル装着掃引レンズ２
６２を制御することにより複数の光ビーム・パターン２５１を垂直方向に掃引す
ることができる。出力光ビーム・パターン２６３は、その後で、この垂直ジンバ
ル装着掃引レンズ２６２から目標２６５に出力される。

【００３９】上記のジンバル装着レンズ２６０および２６２は、いままで、それぞれ、水平
ジンバル装着掃引レンズ２６０および垂直ジンバル装着掃引レンズ２６２と呼ん
できた。これらの用語、水平および垂直は、これらレンズの位置決めの一例を示
すものに過ぎない。このようなレンズ２６０および２６２は、これらのそれぞれ
の回転軸が、相互に９０度ずれていて、それにより、出力ビーム・パターン２６
３の二つの全次元運動を生じる限りは、任意の角度で形成することができる。

【００４０】図１の実施形態の場合には、目標２６５は、出力光ビーム・パターン２６３が
、目標２６５に直接入射するように配置されている。図５は、どのようにして、
光ビーム・パターン２６３が目標２６５に入射できるのかを示す他の実施形態で
ある。

【００４１】図５に示すように、リフレクタ２６４は、出力光ビーム・パターン２６３と目
標２６５との間に形成することができる。リフレクタ２６４の角度の選択的設定
により複数の光ビーム・パターン２６３が、目標２６５上に入射する間隔ｔ１を
制御することができる。さらに、本発明の水平ジンバル装着掃引レンズ２６０お
よび垂直ジンバル装着掃引レンズ２６２の制御動作により複数の光ビーム・パタ
ーン２６３は、任意の必要な方法で、目標２６５を横切って掃引する。すなわち
、出力光ビーム・パターン２６３の掃引は、走査ヘッド組立体の環境要件に基づ
くタイミングおよび方向により制御することができる。同様に、図５に示すよう
に、ビーム・パターン２３１のビーム間の間隔ｈ１は、必ずしも、ビーム・パタ
ーン２６３のビーム間の間隔ｒ１に等しくなく、どちらも、必ずしも、光ビーム
・パターン２６３が目標２６５上に入射した場合の、ビーム間の間隔ｔ１に等し
くない。

【００４２】図１に示す全パターン調整ゾーン内の素子についてはこれ以上詳細に説明しな
い。

【００４３】図１０は、ビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０の詳細図であり、
この素子２４０は、多重光ビーム・パターン２３１の幾何学的形状を必要なサイ
ズにスケールできるように縮小する機能を実行する。

【００４４】図１にハッキリ示すように、レーザ源２００から、ヘッド・レンズ組立体を通
しての、目標２６５までの光経路は、光学的に長い。この長さを補償するために
、ビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０は、第一の素子としての焦点
拡大レンズ・ユニット２４２を含み、入力ビーム・パターン２３１は、入力時に
、ビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０に入射する。この焦点拡大レ
ンズ・ユニット２４２は、入力ビーム・パターン２３１の個々の各ビームの焦点
距離を、その修正していない距離を越えて移動させる。修正の目的は、ヘッド・
レンズ組立体の最終的な出力ビーム２６３が必要な直径を持つように焦点を長く
することである。焦点の延長は、米国特許第５，０８８，０７９号のコラム７、
５〜６２行に開示しているような第一および第二の無限の共役ダブレット・レン
ズを含む、当業者が、「ビーム・リレイ望遠鏡」と呼んでいるものにより行うこ
とができる。

【００４５】この点までに発生したビーム・パターンは、目標２６５が必要とするサイズで
はなく、回折格子２２２およびコリメーティングレンズ２２３内に確立されたサ
イズにより決まる。ある種の用途の場合には、ビーム・パターン２３１が、サイ
ズの増大を必要とする場合もあるけれども、ビーム・パターン２３１のサイズを
小さくする必要がある場合がほとんどである。図１０のシステムは、ビーム・パ
ターンのサイズを小さくする。しかし、図１０のシステムは、単に「ぐるりと回
す」ことができる。すなわち、入力ビーム・パターンを拡大するために、入力ビ
ームは、最初、アナモフィックなビーム拡大装置２４４上に入射し、出力ビーム
は、レンズ２４２から出てくることになる。

【００４６】図１０のアナモフィック・ビーム拡大装置２４４（ＡＢＥ）は、ビームの直径
および複数のビーム間のセンター間の間隔を比例により縮小および拡大する。Ａ
ＢＥ２４４は、二つのプリズムからできている。例えば、線形ビーム・パターン
２３１は、ＡＢＥ２４４に入射し、各ビームの直径は、１００％拡大される（係
数２だけ増大する）。その後で、ビーム間の間隔は、同様に、そしてスケールで
きるように１００％拡大される（係数２だけ増大する）。当業者であれば周知の
ようにＡＢＥ２４４は、すべてのビームを同じ割合で、全ビーム・パターン２３
１を、「一緒に」拡大または縮小する。それ故、個々のビームの直径およびその
間隔は、ＡＢＥ２４４に入る前に強制的に確立され、その結果、ＡＢＥによるス
ケーリングにより、出力ビーム・パターン２４１は、最終的に必要な大きさにな
る。

【００４７】図６（ａ）および図６（ｂ）は、ＡＢＥ２４４による、このスケール可能な比
例縮小を示す。図６に示すように、入手するビーム・パターンを横切る直径が変
化していてもいなくても、ＡＢＥ２４４は、ビーム・パターンを比例により縮小
する。それ故、ビームの直径が変化していない場合には、図６（ａ）に示す一貫
した圧縮が行われ、ビームの直径が変化している場合には、図６（ｂ）に示すよ
うに、出力ビーム・パターンは、同じ違いを含む縮小したものになる。ビーム・
パターン縮小装置および焦点素子２４０の目的は、ビーム・パターンを縮小する
だけではなく、ビーム・パターンのビームの直径および間隔を同じ割合で縮小す
ることである。それ故、ビーム・パターン２３１は、直径を修正するためばかり
でなく、ビームの直径が間隔に比例するように調整しなければならない。

【００４８】ビーム調整縮小組立体２４３の一つの機能は、入力ビームの直径を適当なサイ
ズに調整することである。このような機能を行うことができる単一レンズ組立体
は、当業者であれば周知のもので、「ガリレイ式望遠鏡」と呼ばれる。このよう
な組立体の有意な特徴は、この望遠鏡で像を見た場合、像が倒立して見えること
である。図７は、ビーム直径縮小素子２４３用の通常の組立体を示す。このよう
な「ガリレオ式望遠鏡」は、図７に示すように、正のレンズ２４５、および負の
レンズ、すなわち、凹レンズ２４６を含む。必要なビームの直径の大きさは、明
らかに、走査ヘッドの用途およびその関連仕様により異なる。

【００４９】「ガリレオ式望遠鏡」および他の類似の組立体に適用される式は、すべての光
学に関する文献に記載されていて、当業者にとっては周知のものである。

【００５０】すでに説明したように、ビームの間隔は、上流の回折格子レンズ２２２により
固定される。このような間隔は、最終トラックの間隔より数度大きい可能性が極
めて高いので、回折格子２２２に対する機械的許容範囲で、ビーム・パターン縮
小装置および焦点素子２４０が必要とする一貫性（すなわち、調整を必要としな
いこと）を満足するものと考えられる。

【００５１】ＡＢＥ２４４は、すでに説明したように、通常、二つのプリズム２４７、２４
８で構成される。プリズムの角度、プリズムの材料、および二つのプリズム２４
７、２４８の位置決め角度が、ビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０
による、複数のビーム・パターン２４１出力の間の最終的な中心間隔を決める。

【００５２】カスケード組立体（複数のプリズム）内の、ＡＢＥ２４４のプリズム２４７、
２４８の相対的位置の計算に関連する計算は、そのパラメータを図８に示す下記
式に基づいて行われる。ａ．（各プリズムの第一の面に適用される）スネルの屈折の法則ｎｃｓｉｎ（Ｆｉ）＝ｎｐｓｉｎ（Ｆｒ）ｂ．単一プリズムによるビーム拡大（縮小）Ｍ＝（Ｃｏｓ（Ｆｒ）Ｃｏｓ（Ｓｒ））／（Ｃｏｓ（Ｆｉ）Ｃｏｓ（Ｓｉ
））ここで、Ｍは、倍率（縮小率）であり、ＦおよびＲは、図８に示すように、それ
ぞれ、入射角（Ｆｉ）、または屈折角（Ｆｒ）である。プリズム（または、その
組立体）は望遠効果を持つ。

【００５３】上記式（ａ）および（ｂ）は、プリズムに入るビームのサイズ（直径）と、出
口ビームの直径との間の関係、すなわち、スケール可能な拡大または縮小を決定
するためのものであることに留意されたい。このスケールの可能性は、ビームの
センターラインに焦点が当てられているので、複数のビーム・パターンは、スケ
ールできるように拡大／縮小でき、その結果を予想できる。これにより、ビーム
・パターンのビーム間のセンターラインも同様にスケールできるように縮小／拡
大することができる。それ故、これらの式は、プリズムを通してのビームの直径
の拡大を、決定するために使用することができるばかりでなく、ビーム・パター
ンＯの間隔の増大／縮小を決定するためにも使用することができる。ｃ．図８に示すプリズムのインデクス角度Ａｘは、下記式から計算することが
できる。Ｄ＝Ｓｒ−Ｆｉ−Ａｘここで、Ｄはビーム偏向角度（すなわち、プリズムの第一の面上の入射ビームが
プリズムを出るときに、その元のベクトルから屈折する角度）である。ｄ．あるデバイスからの出力が、第二の類似のデバイスの入力に送られる場合
には、拡大装置（または、縮小装置）およびアンプは、共通の効果を持つ。この
効果は、同時操作可能なデバイス、またはカスケード構成のデバイスからの出力
が各デバイスの利得の積になるというものである。全利得＝利得Ａ×利得Ｂ×利得Ｃ，．．．ｅ．光がプリズムを通過すると、プリズムは、異なる角度内で、光の異なる波
長（すなわち、色）を屈折する。この現象は色分散と呼ばれる。この現象は、計
算することができ、拡大（縮小）設計に含めることができる。式の定義は、当業
者にとって周知のものである。拡大組立体のこの拡散効果を補償するための通常
の方法は、プリズム２４７、２４８をペアで使用する方法である。図９参照。こ
の図においては、光学的に反対になっている第二のプリズム２４８が、第一のプ
リズム２４７の分散を補償する。

【００５４】ガラスでできている一つのプリズムを空気中に設置した場合には、二つの環境
の屈折率は、約１および１．５であると推定することができる。３０／６０度の
プリズムを使用した場合には、入射角を変化させることによって、倍率を１．６
から３．０の範囲にすることができる。このような倍率３．０の四つのプリズム
を直列に（すなわち、カスケード構成に）接続することによって、全組立体の倍
率は、３×３×３×３、すなわち、８１になる。

【００５５】ビーム縮小装置２４０は、以下に説明するように、ＭＥＭＳデバイスに設置す
ることができるので、そうしたい場合には、ガラスの屈折率１．５と組合せて、
屈折率４のシリコン環境を材料として使用することである。このように屈折率が
増大したために、結果として得られる倍率は３以上になる。ドーピングした結晶
材料を追加することにより屈折率をさらに増大して、５近くにすることができる
。

【００５６】都合の悪いことに、シリコンおよびシリコンでドーピングした材料の透過率は
、空気またはガラスの透過率より低く、そのため、等価の高い周波数を伝送する
際の効果は比較的低い（すなわち、損失が大きい）。制限は、入射角に固有なも
のである。角度が大きい（すなわち、６５度より大きい）場合、プリズムの表面
からの光の反射が多くなる。表面コーティングは、同様に、プリズムに吸収され
る入射ビームの量を決定する際に、有意な要因となる。

【００５７】理解していただけると思うが、その内部で本発明を実行する最終システムに基
づいて変化する、一つのプリズムによる倍率に影響を与える複数の有意な独立要
因がある。

【００５８】図１０の頭部を切断した２つのプリズム２４７、２４８は、視準したビームに
若干の歪を与えて、楕円形にする。この楕円歪が計算され、下流ビームの焦点角
度縮小装置２５０は、ビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０により等
価の逆の歪を補償することができる。

【００５９】ビーム・パターン２３１内のビーム間の間隔は、図１０の場合には等間隔にな
っているが、必ずしも等間隔であるとは限らない。しかし、ビーム・パターン縮
小装置および焦点素子２４０の境界点の前で、等しくても、等しくなくても、一
組のビーム・パターン２３１の大きさを確立しておかなければならない。

【００６０】ビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０は、上記点を二つの異なる光
学的調整方法の間のヘッド・レンズ組立体の光トレーン内にマークする。この構
成部材の上流の個々の光線調整ゾーン・パターン（図１参照）において、ビーム
・パターンの幾何学的形状が決定され、複数のビーム・パターンの個々のビーム
は、別々に修正され、調整される。この構成部材の下流の全パターン調整ゾーン
（図１参照）で、全ビーム・パターンが、全体として操作され、ある方向に向け
られ、一方、個々のビームの幾何学的形状は、表面上維持される。

【００６１】当業者であれば周知のように、二つのプリズムだけを使用する場合には、ビー
ム・パターン縮小装置および焦点素子２４０の出力である、複数のビーム・パタ
ーン２４１は、図１０に示すように、ビーム入力２３１のセンターラインからズ
レる場合がある。しかし、ヘッド・レンズ組立体は、この点に固定されているの
で、上記ズレに対して、出力ビームを位置決めし、目標を定めるだけでよい。同
様に、焦点延長装置レンズ組立体を含む、米国特許第４，６４３，５３８号が、
オプションとしてのセンターライン・ビーム出力を開示している。

【００６２】ヘッド・レンズ組立体の以降の素子は、ビーム・パターン縮小装置および焦点
素子２４０の複数のビーム・パターン出力を、目標２６５上の二次元平面上の仮
想の点の方向に向けるために特に使用される。

【００６３】走査ヘッド・レンズ組立体内においては、二つのジンバル装着レンズ２６０お
よび２６２が、入力ビームを目標２６５の方向に向ける。水平ジンバル装着レン
ズ２６０は、その入力パターンを二つの水平方向に向け、ビーム焦点角度縮小装
置２５０へのアーク掃引入力を制御する。垂直ジンバル装着レンズ２６２も、そ
の入力掃引ビーム・パターンを目標２６５の方向に向かって二つの垂直方向に向
ける。また、垂直ジンバル装着レンズ２６２への入力ビーム２５１は、線形掃引
により焦点角度縮小装置２５０から出力されることにも留意されたい。

【００６４】両方のレンズ２６０および２６２は、圧電ピボット駆動機構上に設定すること
により、複数のビーム・パターンの必要な掃引を発生する目的で、その運動を行
うように構成することができる。

【００６５】水平および垂直ジンバル装着レンズ２６０および２６２は、当業者であれば周
知のいくつかの基本的素子により構成することができる。各レンズ２６０および
２６２の一つの構成例はとしては、入力角度に依存し、そこを通過する光線を予
測できるように迂回させる、非反射レンズ組立体がある。図１１は、そのような
組立体を示す。この組立体は、固定成形ケーシング２６８内に設置されていて、
水平および垂直軸シャフト２６６、２６５を含み、利得が１である一組のＰＡＢ
Ｅプリズム２６３、２６４を使用する。プリズムの説明の「ｃ」のところで詳細
に説明したように、入力または入射ビームの元の経路からの出力ビームの偏向「
Ｄ」は、第二の面からの屈折率から第一の面への入射角を引き、さらに、プリズ
ムのインデクス角を引いたものに等しい。すなわち、下記式で表わされる。Ｄ＝Ｓｒ−Ｆｉ−Ａｘ

【００６６】第二の面からの屈折角は、屈折率、定数、（入射角の他に）、および同様に、
固定されているインデクス角（または成形本体の定数）により変化するので、ビ
ーム偏向角（出口ビーム）は、入射角に直接、および直線的に依存する。それ故
、成形組立体は、入射角Ｆｉ、すなわち、ビーム偏移角Ｄに比例して変化する。

【００６７】水平および垂直レンズ２６０および２６２のオプションとしての第二の構成は
、入力ビーム・パターンの経路内の一組の回転可能なミラーのもっと一般的な偏
向技術を使用して、上記ビーム・パターンを固定反射面上に反射により戻し、そ
の結果、上記ビーム・パターンは、再び指定の位置に反射される。

【００６８】水平および垂直レンズ２６０および２６２は、圧電ドライバにより駆動するこ
とができる。圧電回転駆動機構は、同様に、オプションとしてのいくつかの構成
を持つ。

【００６９】圧電効果材料は、物理的な応力を加えると、（すなわち、歪を掛けると）内部
に偏向電界を発生する。その逆の現象も起こる。

【００７０】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、水平および垂直レンズ２６０および２６
２用の圧電ドライバの一つの構成を示す。この構成は、圧電螺旋ドライブ３００
が、本質的には、信号発生器３０１からの信号出力の制御の下で、シャフトまた
は軸を回転する、米国特許第４，４３５，６６７号が開示している機構を示す。
圧電ドライバは、圧電材料が、ある意味で、予め形成された（螺旋状の）スプリ
ングと協力して、また対抗して動作するバイメタル片の原理に基づいて動作する
。図１２（ｂ）に示すように、圧電螺旋ドライブ３００は、圧電材料層３０４、
３０５の間にサンドイッチ状に挟まれている中央スプリング３０３の構造体を含
む。上記圧電材料層３０４、３０５は、接点スプリング３０６、３０７の間にサ
ンドイッチ状に挟まれている。螺旋駆動デバイス３００は、信号発生器３０１か
らの信号出力の影響により、コイル状に巻いたりコイル状から解けたりし、それ
により、螺旋駆動デバイス３００の一方の端部に固定されているシャフトまたは
軸２６５、２６６を回転する。図１１に示すように、ジンバル装着レンズ２６０
、２６２からの垂直（または、水平シャフト）をこの螺旋ドライブ３００に固定
し、一方、対向側部軸を固定ベアリングに設置すると、ジンバル装着レンズ２６
０、２６２は、正確に回転することができる。当業者であれば周知のように、反
射ミラーを、同様に、上記のように装着し、回転させることができる。

【００７１】図１３は、水平レンズ軸２６６に固定されている、別の圧電ドライブ機構であ
る。この例の場合には、圧電デバイス（スラグ）３１０の一方の端部は、固定壁
部３０８に固定されていて、他方の端部は、例えば、水平軸２６６の一本の軸、
すなわち、ジンバル装着レンズの軸に固定されている。信号発生器３０１から、
圧電デバイスに送られるＥＭＦにより、ジンバル装着レンズ２６０、２６２が回
転する。この第二の実施形態のアクチュエータの回転運動の角度範囲は、図１２
の第一の実施形態の回転運動の角度範囲より制限されているが、増分運動制御は
もっと正確である。

【００７２】二つのジンバル装着レンズ２６０、２６２は、信号発生器２６４の二つの別々
の強制信号Ｐ（ｆ）により駆動される。強制信号Ｐ（ｆ）は、固定増分速度で、
（例えば、１０度以下の）制限された円弧内の任意の位置から、またはこの位置
へ、レンズ２６０または２６２を別々に移動させる。信号発生器２６４の強制信
号Ｐ（ｆ）出力は、アクセス対象の目標２６５に基づいて、コントローラ（図示
せず）により供給される。信号発生器２６４の強制信号Ｐ（ｆ）出力、およびパ
ターン発生器２３２の電気信号Ｓ（ｆ）出力は、目標２６５上の出力ビーム・パ
ターン２６３の位置を正しく調整するために、読み取りまたは書込みされるデー
タのタイミングと同期している。さらに、信号発生器２６４の強制信号Ｐ（ｆ）
出力は、修正／操作することができ、それにより、目標２６５を横切るビーム・
パターンの掃引速度が調整される。走査される目標材料、および目標２６５に供
給されるレーザ電力により、ビームが特定の位置に留まることができ時間は、Ｐ
（ｆ）を調整することにより増減することができる（滞留時間）。通常、二つの
ジンバル装着レンズ２６０、２６２は、モータ付きジンバルのダイナミックスお
よび位置決め能力を正確に近似する動的ピボット運動を行う。

【００７３】この構成の場合には、そこを横切って、平行ビームのビーム・パターン２６３
を掃引することにより、本発明の目標２６５にアクセスすることができる。掃引
は、すでに説明したように、水平および垂直レンズ２６０および２６２のプログ
ラムされた回転偏向により行うことができる。（角速度で測定した）回転レンズ
の運動は、目標２６５上の一次座標を追跡することができる。

【００７４】ある用途の場合には、目標２６５を横切って、固定線速度（掃引）を維持する
ことが望ましい場合がある。図１４に示すように、出力ビーム・パターン２６３
用の光源２４１は、固定点と見なすことができるので、掃引目標２６５に対する
その位置は、角度αを描く。この角度αを通しての変位は、上記線速度に等しい
角速度’Ωを確立する。

【００７５】目標２６５に光源２４１が近づけば近づくほど（ｄ２と比較した場合のｄ１）
，目標２６５の同じ長さを横切って掃引するには、等価角度を大きくしなければ
ならないことは明らかである（α２と比較した場合の、α１）。そのため、もち
ろん、光源２４１と目標２６５との間の距離が長くなればなるほど、ピボット支
持レンズ２６０、２６２が必要とするの角速度は大きくなる。角速度の式の場合
、下記のようになる。 α＝２Ｔａｎ^-1（ａ／２ｄ） ’Ω＝Ｒｅｖｓ／Ｍｉｎ＝α／３６０Ｔ ’Ω＝角速度Ｔ＝目標を掃引する時間目標を掃引するために設定した時間、Ｔは、（直線的な場合、またはある角度の
場合も）一定であることに留意されたい。逆に、光源２４１から目標２６５が遠
くなればなるほど、等価角度が小さくなり、また角速度も遅くなる。信号発生器
２６４の強制機能Ｐ（ｆ）出力は、明らかに、ジンバル装着レンズ２６０、２６
２を、実際に達成できる角速度で動作させる範囲内に含まれていなければならな
い。

【００７６】実際には、角速度が遅くなればなるほど、現実には動作が達成しやすくなる。
達成の可能性は、一定の角速度で測定されるばかりでなく、休止状態から動作速
度に達するのに要する時間、および動作速度から休止状態に減速するのに要する
時間によっても測定される。

【００７７】仮定のデータ記憶システムの相対速度および線速度（掃引）を測定するために
、１インチの目標（図１４のａ）が、光源から１インチの距離（図１４のｄ）に
あると仮定する。これらの数値を上記式に代入すると、（１ミクロンのピッチで
）、１秒当り３０メガビットの線形掃引を行うには、１０５９０ＲＰＭの角速度
が必要になるが、これは非現実的な数値である。定格速度で回転している場合、
現在のデータ記憶駆動モータの回転速度は、６０００ＲＰＭの範囲内にある。

【００７８】しかし、目標と光源との間の距離が１０インチになった場合には、角度は５３
度から約６度へ変化し、角速度要件は、１２００ＲＰＭになる。これは非常に現
実的で、達成可能な速度である。

【００７９】上記の例の場合には、光源２０２と、目標２６５との間のライト・パスを１０
インチにすることは可能であるが、ある種の用途の場合には、通常、受け入れら
れない機械パッケージ・パラメータである。図１を見れば分かるように、ライト
・パスの長さを１０インチにすると、必然的に、ヘッド・レンズ組立体の全体の
サイズは、１４インチより大きくなり、ある種の用途には大きすぎる。

【００８０】図１５の焦点角度縮小装置２５０は、ライト・パスが長くなる問題を解決し、
反射性の表面により、反復距離のところで、ライト・パスを本質的に曲げること
により、光源との距離を調整することができる。リフレクタ組立体の完成品は、
一次元の光源経路（１０インチ）を、長さと幅の両方を専用ネットワークを小型
の物理的なパッケージ内に適合させることができるパッケージに変換する。

【００８１】ビーム焦点角度縮小装置２５０へ送られる光ビーム・パターン２６１は、相互
に次元により分離している個々のビームの線形垂直アレーである。図１５は、ビ
ーム焦点角度縮小装置２５０の位相空間の図面である。この図では、一つの拡散
光ビームのように見えるが、実際には、掃引の端部のところでは、複数の光ビー
ム・パターン２６１は、掃引角度を通って移動する場合に、後に尾を引いている
。図１５のある種のリフレクタ２５５、２５８は、複数の光ビーム・パターン全
体２６１が、等しい距離を通して同時に、また同期状態で反射されるように、配
置されている垂直な壁部である。これらの垂直な壁部２５５、２５８の端部にお
いて、非反射性素子である非反射性パッド・ターミネータ２５９が、設置されて
いる。

【００８２】掃引された複数の光ビーム・パターン２６１は、最初に、ある角度を持つ反射
面２５６に入射し、ビーム焦点角度縮小装置２５０に注入される。この角度は、
全ビーム・パターン２６１を反射壁部２５５、２５８の間のビーム焦点角度縮小
装置２５０の通路の方向に向かって下に向けるように設定されている。直交ビー
ム入力の場合には、許容最小リフレクタ角度は、掃引角度の二倍である。リフレ
クタ角度が小さい場合には、掃引されたパターンの一部は、光源に戻るように直
接反射されるか、対向通路に本質的に反射される。もちろん、どちらも許容する
ことはできない。

【００８３】反射理論によれば、ビーム・パターン掃引は、図１５に示すように、設計限界
の方向に傾斜する。図に示す例の場合には、最終的な傾斜角度は、目標２６５の
方向に１インチ広がる。焦点角度縮小装置２５０に適用される光学の法則により
、傾斜の角度は、リフレクタの壁部２５５、２５８の間の距離、リフレクタの数
、および入力角度に直接関連する。もちろん、入力角度は、図１５の偏向角度リ
フレクタ２５６の位置決めにより決定される。すぐに思いつく別の方法は、リフ
レクタの通路に、ある角度で、ビーム・パターンを直接入力する方法であろう。

【００８４】ビームが、焦点角度縮小装置２５５の壁部２５５、２５８から反射すると、ビ
ームの断面の幾何学的形状が、次第に楕円に近づいてくる。この歪は、ビームが
焦点角度縮小装置２５０から出力された後で補償することもできるし、別の方法
としては、予め補償しておくこともできる。予め補償した場合には、（正しい軸
楕円に変換されている場合には）、壁部２５９、２５８からの反射による歪は、
効果的にビームを視準する。このような予備的補償は、すでに説明したように、
図１０のビーム・パターン縮小装置および焦点素子２４０の、プリズム２４７、
２４８により影響を受ける。すなわち、ビーム・パターン縮小装置および焦点素
子２４０のプリズム２４７、２４８は、反対の歪を持つように設計することがで
き、その結果、これらの素子は、それぞれ、他の素子に導入された歪を補償する
。

【００８５】（最適な設計拡大で）、リフレクタ通路から出てきた場合、ビーム・パターン
傾斜角度は、平凸レンズ２５７により除去される。垂直ジンバル装着掃引レンズ
２６２に入力する目的で、ビーム・パターン２５１を正しい位置に方向転換する
ために、リフレクタ２６８を使用することができる。出力ビーム・パターン２６
３は、その後で、図１に示すように目標２６５に向けられるか、図５に示すよう
にリフレクタ２６４を通る。

【００８６】図１５の焦点角度縮小装置２５０は、二次元アレーの形をしていて、その内部
においては、入力ビーム・パターン２６１が、次第に傾斜してゆくが、それ自身
（それ自身の光パターン）とハッキリと干渉しない。掃引された傾斜の一つの素
子だけが、任意の瞬間に能動的であることに留意されたい。従って、角度をかな
り小さくすることができ、相互間で干渉を起こさないで反射を増大することがで
きる。そうしたい場合には、この同じ進行性の反射性シーケンスも、円筒形、球
形または多角形内で、ビーム・パターンを反射させることにより実行することが
できる。

【００８７】図１の上記実施形態の光源２００は一つである。しかし、図２は、その内部に
第二の光源２０２を備える他の実施形態を示す。もう一つの光源２０２を追加す
ることができる。さらに、この第二の実施形態の場合には、第一および第二の光
源２００および２０２は、その出力を制御するためのスイッチを備える。また、
図２の実施形態は、さらに、第二の光源２０２からの光を反射する反射ミラー２
１２、および反射ミラー２１２から反射した光を受信し、第一の光源２００から
の光を受信するビーム分割装置２１０を含む。図２のこの実施形態は、出力光ビ
ーム・パターン２６３の電力を偏向することができるというもう一つの利点を持
つ。

【００８８】図２の本発明の実施形態の場合には、低電力モードと高電力モードの両方を実
行することができる。低電力モードの場合には、第二の光源２０２はオフになり
、第一の光源２００がオンになる。この構成の場合は、図２の上実施形態は、上
記の図１の実施形態と全く同じ動作を行う。これが、図２の上記実施形態の低電
力モードである。

【００８９】図２の実施形態の高電力モードの場合には、両方の光源２００および２０２が
オンになる。さらに、その後で、これら光源２００および２０２の出力は、ビー
ム・スプリッタ２１０のところで結合される。その結果、第二の高電力モードの
拡大ビーム２１５は、第一の光源２００からの、第一の光ビーム２０１の出力、
および第二の光源２０２からの第二の光ビーム２０３の出力の電力を持つことに
なる。

【００９０】このようにして、図２の実施形態の場合には、低電力出力の複数のビーム・パ
ターン２６３が必要な場合には、光源２００がオンになり、光源２０２がオフに
なる。しかし、図２の上記実施形態は、また、高電力の複数の光ビーム・パター
ン２６３を出力したい場合、より高い電力出力を持つ複数の光ビーム・パターン
２６３を形成するために、両方の光源２００および２０２（または、これ以上の
光源）をオンにすることができる。

【００９１】図１および図２の本発明の実施形態の場合には、多重ビーム・パターン２３１
は、単一の光源２００、または二つの光源２００および２０２からの光を拡大す
ることにより発生する。本発明の他の実施形態の場合には、複数の光ビーム・パ
ターン２３１は、本明細書の図１６に示すように、垂直共振器表面発光レーザ・
ダイオード・アレー（ＶＣＳＥＬ）により発生することができる。

【００９２】この実施形態の場合には、光の電力は、レーザ・ダイオードの線形アレー内に
位置するＶＣＳＥＬ（垂直共振器表面発光レーザ・ダイオード）４００により供
給される。ＶＣＳＥＬは、信号発生器２３２から出力される電気信号パターンＳ
（ｆ）により駆動され、スイッチング機能としてではなく、強制機能としての働
きをする。最終的な結果は、この場合も、コリメーティングレンズ４０２へ送ら
れる光パルス４０１の複数のビーム出力である。出力ビーム・パターンは、変調
された光ビーム・パターン２３１の低電力タイプである。

【００９３】図１および図２の本発明のデバイスは、発明の背景のところで説明したように
、複数の用途に使用することができる。特定のタイプの用途の一つとして、本発
明のデバイスは、ファックスまたは光学的記憶媒体のような目標媒体を走査する
ことができる。

【００９４】図３は、本発明の例示としてのそのような実施形態を示す。図３は、出力であ
る複数の光パターン光ビーム２６３が、目標２６５の方を向いているビーム・ス
プリッタ８２の反射面上に入射する本発明の信号を示す。その後で、光ビームは
、対物レンズ８８を通って、目標２６５から反射し、その後で、凹レンズ８４を
通ってビーム・スプリッタ８２を通過し、光電検出器８６に達する。

【００９５】光学的記憶媒体上の、ファクシミリ送信、または光学的読込／書込のためのデ
ータを入手するために、目標２６５を走査する、本発明のこのような用途は、有
意な利点を持つ。第一に、本発明のこのような動作により、目標２６５を非常に
高速で正確に走査することができる。さらに、目標２６５が、光学的記憶媒体で
ある本発明の実施形態の場合には、第一および第二の光源２００、２０２を含む
、本発明の第二の実施形態は、第一の光源２００だけがオンになり、その結果、
目標２６５である光学的ディスクの読み取り動作を実行することができる低電力
モードでの動作と、光源２００および２０２がオンになり、目標２６５である光
学的ディスクに対して書込み動作を実行することができる高出力モードでの動作
を供給することができる。

【００９６】さらに、本発明のこのような構成により、目標２６５である光学的ディスクは
固定状態のまま移動しない。すなわち、目標２６５である光学的ディスクを回転
させる必要がない。本発明のこの構成により、ヘッドに対して光学的ディスクが
回転する従来のシステムに固有の許容誤差を除去することができ、非常に高い密
度での光学的読取りまたは書込みを行うことができる。

【００９７】すでに説明したこのような光学的ヘッド・レンズ組立体は、下記の特徴を持つ
。このような光学的ヘッド・レンズ組立体を使用した場合には、一つのコヒーレ
ントなビームを形成し、結果として得られる結合ビームを回折レンズ組立体２２
０上に直接焦点を結ばせるために、複数のレーザ源の電力を結合することができ
る。図２の実施形態のレーザ源２００および２０２を参照されたい。本発明のこ
のようなシステムは、また、個々のビーム成分の間に予想された間隔を持つ、平
行で、幾何学的に整合しているビームの複数のパターンを供給する。

【００９８】本発明のこのようなシステムは、また、ビーム・パターンを、例えば、目標の
０．５ミクロン以内というような高い精度で、二次元の平面上の一点に向けるこ
とができる。本発明のこのようなシステムは、また、１５メートル／秒の高い線
速度で、目標を横切ってビーム・パターンを二つの方向に掃引することができる
。さらに、上記システムは、例えば、掃引中、＋または−０．０５ミクロンとい
うような高い精度で、ビーム・パターンの線形追跡位置を維持することができる
。

【００９９】さらに、本発明のこのようなシステムは、多重ビーム・パターンの全体のサイ
ズ、すなわち、個々のビームの直径およびビーム間の間隔の両方を比例させて制
限することができる。本発明のこのようなシステムは、また、焦点距離自身より
かなり短い直線距離の光源と目標との間の焦点距離を長くして、それにより、固
定直線掃引距離に対する光源掃引角度を狭くすることができる。本発明のこのよ
うなシステムは、また、例えば、１．５ミクロンの小さな直径の視準されたビー
ムを、目標に対してほぼ１ミクロンのピッチで供給する。本発明のこのようなシ
ステムは、また、ビーム・パターンで個々のビーム成分の同期変調機能を供給す
る。

【０１００】さらに、本発明のこのようなシステムを光学的媒体を走査するために使用した
場合には、上記システムは、媒体材料で変換を行うために、高い精度の読取およ
び書込制御を行う。さらに、この実施形態の場合には、本発明のこのようなシス
テムは、トラックの長さの固定距離の掃引が完了した場合、隣接する一つのトラ
ックに対して二方向に、ビーム・パターンを瞬間的に索引することができる。本
発明のこのようなシステムは、また、例えば、ピッチが１ミクロンより小さい、
約１／２ミクロンの直径の、非常に小さなサイズの媒体円弧と係合することがで
きる。

【０１０１】図面は、組立体全体のレンズを個々の構成部材として示す。これは、全組立体
の機能を実行するための実行可能な方法であるが、本発明を実行するのに適して
いる場合には、現在の技術レベルの組立体プロセスをできれば使用することを意
図するものである（すなわち、実行することである。）また、この目的のため、
上記の動作を実行する他に、組立体のパッケージを最適にするために、成形球形
レンズおよび／または統合光学技術を使用することができる。

【０１０２】モノリシックな組立体の目標をできるだけ近づけるために、これらの最大化し
た機能素子をＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）とすることもできるし、Ｍ
ＥＭＳ内に光学的に接続することもできる。ＭＥＭＳパッケージは、通常、シリ
コン基板上に設置されるが、プラスチックまたはガラスのような他の材料の構造
体内に埋設することもできる。上記パッケージは、通常、光学系のような機能的
領域、集積回路、半導体、およびアクチュエータ、スイッチおよびモータのよう
な電気機械デバイスを内蔵する。集積回路および半導体は、任意の通常の電子デ
バイスの場合のように、シリコン内に拡散されるか、および／またはシリコン上
にメッキされる。しかし、光学系および電気機械素子は、構成要素として外部で
組み立てて、その後で、機械工作による凹部内に設置するか、またはトラフをデ
バイス内に形成し、その後で、上記トラフは電子パッケージ内に接続される。別
の方法としては、個々の光学系および電気機械素子を外部素子および基本的シリ
コン構造体のハイブリッド組合せから作ることもできる（すなわち、拡散および
メッキ・エレクトロニクス）。現在の各ＭＥＭＳデバイスは、その用途専用に設
計された一意の注文構造体である。

【０１０３】図１７は、図１および図２のところですでに概略説明した機能を内蔵するＭＥ
ＭＳデバイスのブロック図である。

【０１０４】本明細書においては、本発明を、特定の実施形態およびその用途により説明し
てきたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、
上記実施形態を種々に適用し修正することができる。それ故、添付の特許請求の
範囲内において、本明細書に特に記載したのとは別の方法で、本発明を実行する
ことができることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一つの光源を使用する、本発明のヘッド・レンズ組立体の一実施
形態である。

【図２】複数の光源の出力を結合することができる複数の光源を使用する
本発明のヘッド・レンズ組立体の一実施形態である。

【図３】レーザ・ビーム・パターンが目標の表面を走査する、本発明のヘ
ッド・レンズ組立体の一実施形態である。

【図４】ビーム・パターンのスキューの修正に関連する波形の光学的およ
び電気的シーケンスである。

【図５】レーザ・ビーム・パターンのレーザ光線ビームの異なる空間的間
隔のあるコンセプトである。

【図６】（ａ），（ｂ）ともに、ビーム・パターンにおいて、ビームの直
径およびビーム間の間隔の両方が、どのようにプリズム状のアナモフィックなビ
ーム拡大装置によりスケールできるように縮小されるのかを示す。

【図７】ビーム・パターン縮小装置内で個々のビームの直径を小さくする
ためのレンズの一例である。

【図８】プリズムを通過する光学的ビームに影響を与える関連パラメータ
である。

【図９】アナモフィックなビーム拡大装置での色歪を低減するための二つ
のプリズムの間の相対的位置関係である。

【図１０】第一および第二の実施形態のビーム・パターン縮小装置である
。

【図１１】回転したレンズ組立体が、垂直または水平方向に目標表面を横
切って掃引することができるようにするジンバル装着レンズの一実施形態である
。

【図１２】（ａ），（ｂ）ともに、水平および垂直ジンバル装着レンズ用
の圧電ドライブ機構の一実施形態である。

【図１３】水平および垂直ジンバル装着レンズ用の回転作動圧電ドライブ
機構の一実施形態である。

【図１４】焦点距離、角速度、および目標線速度（掃引速度）の間の関係
を示す。

【図１５】第一および第二の実施形態の焦点角度縮小装置である。

【図１６】第一および第二の実施形態の第一のステージ用の交互光学信号
発生スキーム（源）である。

【図１７】ＭＥＭＳチップ上の走査レンズ組立体の相対的機能レイアウト
である。

【符号の説明】

２０１，２１５複数の光ビーム２２２，２２３軸平面

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者マーティン・エル・パラムアメリカ合衆国・コロラド・80123・リトルトン・サウス・ニュートン・ストリート・5263 Ｆターム(参考） 2H044 AJ04 AJ07 2H045 AF02 BA15 BA26 BA32 DA02 DA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標上に光ビームを入射するための装置であって、空間内に配置された複数の個々の光ビームの複数の光ビーム・パターンを発生
するための光ビーム発生器手段と、前記個々の光ビームを変調するための変調手段と、個々の光ビームの直径および個々の光ビームの間の間隔を維持しながら、前記
目標を横切って複数の光ビーム・パターンを直線的に掃引するための掃引手段と
、前記直線的に掃引するための手段の掃引角度を小さくするための縮小手段とを備える装置。
【請求項２】前記光ビーム発生器手段が、一つの光ビームを出力するため
の一つの光源と前記一つの光ビームを受信し、複数の光ビーム・パターンを発生
するための回折格子を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記光ビーム発生器手段が、さらに、前記複数の光ビーム・
パターンの個々の光ビームを視準するために、前記回折格子の出力のところにコ
リメーティングレンズを備える請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記光ビーム発生器手段が、前記複数の光ビーム・パターン
を出力するために、垂直共振器表面発光レーザ・ダイオードのアレーを備える請
求項１に記載の装置。
【請求項５】前記変調手段が、前記複数の光ビーム・パターンの、それぞ
れの各個々の光ビーム用の光学的スイッチを有する光学的スイッチ手段を含む請
求項１に記載の装置。
【請求項６】さらに、個々の光ビームの直径を小さくし、また、個々の光
ビームの間の空間的間隔を狭くするための縮小手段を備え、該縮小手段が、複数の個々の各ビームの焦点を長くするための焦点延長手段と、複数の個々の各ビームの直径を小さくするためのビーム直径縮小手段と、前記ビーム・パターンの、前記複数の個々のビームの間の間隔を変化させるた
めのアナモフィック・ビーム拡大装置とを備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】前記ビーム直径縮小手段が、前記複数の個々の各ビーム用の
正のレンズおよび負のレンズの組合せを備える請求項６に記載のビーム・パター
ン縮小装置。
【請求項８】前記アナモフィック・ビーム拡大装置手段が第一および第二
のプリズムを備える請求項６に記載のビーム・パターン縮小装置。
【請求項９】前記掃引手段が、第一の方向に前記複数の光ビーム・パター
ンを掃引する第一のジンバル装着レンズと、前記第一の方向に垂直な第二の方向
に前記複数の光ビーム・パターンを掃引する第二のジンバル装着レンズを含む請
求項１に記載の装置。
【請求項１０】前記縮小手段が、前記多重光ビーム・パターンを複数回反
射するための手段を含む請求項１に記載の装置。
【請求項１１】前記光ビーム発生器手段が、複数のスイッチ付き光源、お
よび前記複数のスイッチ付き光源の出力を結合するためのビーム・スプリッタを
含む請求項１に記載の装置。
【請求項１２】前記各手段がマイクロ電子機械システムで実行される請求
項１に記載の装置。
【請求項１３】前記縮小手段が、前記複数のビーム・パターンの光学的長
さを長くするための焦点角度縮小装置を備え、入力ビームを最初に反射するための偏向角度リフレクタ手段と、複数回反射したビーム・パターンを発生するために、前記入力ビーム・パター
ンをさらに複数回反射するための複数の反射面手段と、そこを通って複数回反射したビーム・パターンが通過する凸レンズ手段と、前記凸レンズの複数回反射したビーム・パターン出力を再整合するための再整
合手段とを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１４】目標上に光ビームを入射するための装置であって、空間内に配置された複数の個々の光ビームの複数の光ビーム・パターンを発生
するための光ビーム発生器と、前記個々の光ビームを変調するための光ビーム変調装置と、個々の光ビームの小さくなった直径、および前記個々の光ビームの間の間隔を
維持しながら、前記目標を横切って前記複数の光ビーム・パターンを直線的に掃
引するためのレンズ・システムと、前記レンズシステムの掃引角度を小さくするビーム焦点角度縮小装置とを備える装置。
【請求項１５】前記光ビーム発生器が、一つの光ビームを出力するための
一つの光源と、前記一つの光ビームを受信し、前記複数の光ビーム・パターンを
発生するための回折格子を含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】前記光ビーム発生器が、さらに、前記複数の光ビーム・パ
ターンの個々の光ビームを視準するために、前記回折格子の出力のところにコリ
メーティングレンズを備える請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記光ビーム発生器が、前記複数の光ビーム・パターンを
出力するために、垂直共振器表面発光レーザ・ダイオードのアレーを備える請求
項１４に記載の装置。
【請求項１８】前記変調装置が、前記複数の光ビーム・パターンの、それ
ぞれの各個々の光ビーム用の光学的スイッチを含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】さらに、個々の光ビームの直径を小さくし、また、個々の
光ビームの間の空間的間隔を狭くするためのビーム・パターン縮小装置および焦
点素子とを備え、該ビーム・パターン縮小装置および焦点素子が、前記複数の個々の各ビームの焦点を長くするための焦点延長装置と、前記複数の個々の各ビームの直径を小さくするためのビーム直径縮小装置と、前記ビーム・パターンの、前記複数の個々のビームの間の間隔を変化させるた
めのアナモフィック・ビーム拡大装置とを備える請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】前記ビーム直径縮小手段が、前記複数の個々の各ビーム用
の正のレンズおよび負のレンズの組合せを備える請求項１９に記載のビーム・パ
ターン縮小装置。
【請求項２１】前記アナモフィック・ビーム拡大装置が第一および第二の
プリズムを備える請求項１９に記載のビーム・パターン縮小装置。
【請求項２２】前記レンズ・システムが、第一の方向に前記多重光ビーム
・パターンを掃引する第一のジンバル装着レンズと、前記第一の方向に垂直な第
二の方向に前記複数の光ビーム・パターンを掃引する第二のジンバル装着レンズ
を含む請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】前記焦点角度縮小装置が、前記複数の光ビーム・パターン
を複数回反射する請求項１４に記載の装置。
【請求項２４】前記光ビーム発生器手段が、複数のスイッチ付き光源、お
よび前記複数の光源の出力を結合するためのビーム・スプリッタを含む請求項１
４に記載の装置。
【請求項２５】前記各素子が、マイクロ電子機械システムで実行される請
求項１４に記載の装置。
【請求項２６】前記ビーム焦点角度縮小装置が前記複数のビーム・パター
ンの光学的長さを長くし、入力ビームを最初に反射するための偏向角度リフレクタと、複数回反射したビーム・パターンを発生するために、前記入力ビーム・パター
ンをさらに複数回反射するための複数の反射壁面と、そこを通って前記複数回反射したビーム・パターンが通過する凸レンズと、前記凸レンズの複数回反射したビーム・パターン出力を再整合するための再整
合リフレクタとを備える請求項１４に記載の装置。
【請求項２７】目標上に光ビームを入射するための方法であって、空間内に配置された複数の個々の光ビームの複数の光ビーム・パターンを発生
するステップと、前記個々の光ビームを変調するステップと、前記個々の光ビームの小さくなった直径、および前記個々の光ビームの間の空
間的間隔を維持しながら、前記目標を横切って前記複数の光ビーム・パターンを
直線的に掃引するステップと、前記直線的な掃引ステップにおいて、掃引角度を小さくするステップとを含む方法。
【請求項２８】前記複数の光ビーム・パターン発生ステップが、回折格子
を通して一つの光ビームを出力し、前記一つの光ビームを通過させるサブステッ
プを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】前記複数の光ビーム・パターン発生ステップが、さらに、
前記回折格子の前記複数の光ビーム・パターン出力を視準するサブステップを含
む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】前記複数の光ビーム・パターン発生ステップが、垂直共振
器表面発光レーザ・ダイオードのアレーにより複数の光ビーム・パターンを発生
する請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】前記変調ステップが、前記複数の光ビーム・パターンの、
それぞれの各個々の光ビームの光学的なスイッチングを含む請求項２７に記載の
方法。
【請求項３２】さらに、個々の光ビームの直径を小さくし、また、個々の
光ビームの間の空間的間隔を狭くステップを含み、前記縮小ステップが、前記複
数の個々の光ビーム・パターンの焦点を長くし、ビーム直径を小さくするサブス
テップと、前記複数の光ビーム・パターンを圧縮するサブステップとを含む請求
項２７に記載の方法。
【請求項３３】前記掃引ステップが、第一の方向に前記複数の光ビーム・
パターンを掃引するサブステップと、前記第一の方向に垂直な第二の方向に前記
複数の光ビーム・パターンを掃引するサブステップとを含む請求項２７に記載の
方法。
【請求項３４】前記縮小ステップが、前記複数の光ビーム・パターンを複
数回反射するサブステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】前記光ビーム発生ステップが、複数の光ビームを発生し、
前記複数の光ビームを結合するサブステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】前記縮小ステップが、最初に前記複数の光ビーム・パターンを反射するサブステップと、数回反射した光ビーム・パターンを発生するために、前記複数の光ビーム・パ
ターンをさらに複数回反射するサブステップと、凸レンズを通して前記複数回反射したビーム・パターンを通過させるサブステ
ップと、前記凸レンズの前記複数回反射したビーム・パターン出力を再整合するステッ
プとを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】複数の個々のビームを含む入力ビーム・パターンの直径を
小さくし、また、前記複数の個々の光ビームの間の空間的間隔を狭くするための
ビーム・パターン縮小装置および焦点素子であって、前記複数の個々の各ビームの焦点を長くするための焦点延長装置と、前記複数の個々の各ビームの直径を小さくするためのビーム直径縮小装置と、前記ビーム・パターンの前記複数の個々のビームの間の間隔を変化させるため
のアナモフィック・ビーム拡大装置とを備えるビーム・パターン縮小装置および焦点素子。
【請求項３８】前記ビーム直径縮小装置が、前記複数の個々の各ビーム用
の正のレンズおよび負のレンズの組合せを備える請求項３７に記載のビーム・パ
ターン縮小装置。
【請求項３９】前記アナモフィック・ビーム拡大装置が第一および第二の
プリズムを備える請求項３８に記載のビーム・パターン縮小装置。
【請求項４０】入力ビーム・パターンの光学的長さを長くするための焦点
角度縮小装置であって、前記入力ビームを最初に反射するための偏向角度リフレクタと、複数回反射したビーム・パターンを発生するために、前記入力ビーム・パター
ンをさらに複数回反射するための複数の反射壁面と、前記複数回反射したビーム・パターンが通過する凸レンズと、前記凸レンズの複数回反射したビーム・パターン出力を再整合するための再整
合リフレクタとを備える焦点角度縮小装置。