JP2003510749A - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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Abstract

(57)【要約】 光記録媒体を走査するための光走査装置であって、開口数の大きい対物レンズ系は、少なくとも、ビームをある程度集束させるために配置される第一のレンズ素子（１２）、及びビームをより強く集束させるために配置される第二のレンズ素子（１３）を含む。装置は、装置の第一のレンズ素子と記録媒体の位置との間の光路に位置する球面収差補償領域における光路長を変化させるための電気光学素子を含む球面収差補償副光学系から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、光ディスクのような光記録媒体を走査するための光走査装置に関し
、情報層を含み、前記装置は放射ビームを形成するための放射源、及び放射源と
情報層との間の光路に位置し放射ビームを情報層上のスポットに集束する対物レ
ンズから成る。
【０００２】 大容量の光記録媒体の製造に関する要求がある。従って、比較的短波長の放射
ビームを使用する光走査装置、例えば、４００ｎｍの放射ビーム、及び開口数（
ＮＡ）の大きい対物レンズ系、すなわちＮＡ＞０．７、例えばＮＡ＝０．８５、
が望まれる。
【０００３】 走査される光ディスクの位置において比較的高いＮＡのビームを提供する周知
の光走査装置において、複合対物レンズは、放射源から発する一般的にコリメー
トされたビームを多段集束するために使用する。このような系では、ビームが光
ディスク中でディスク内の情報層に到達するまでに通過する異なる光路長（ここ
では、情報層の深さに関連する）によって発生する球面収差を補償するために、
複合対物レンズの２つ以上のレンズ素子の間隔を機械的に調整することが知られ
ている。補償の別の方法は、放射源に対してコリメーターレンズの位置を機械的
に調整することであり、それによって放射ビームがコリメートされたビームの代
わりに集束又は発散したビームとして対物レンズに影響を及ぼす。これらの装置
の各々は、走査装置の光学系において発生する球面収差の量を変化させ、走査さ
れる光ディスクで発生する球面収差を正確に相殺する。分離した機械的なアクチ
ュエータが、ビームの焦点を走査する情報層でスポットに維持するための焦点制
御を提供するために使用される。
【０００４】 既知の光走査装置は、ＵＳ−Ａ−５，８８９，７８９に記載されている。その
装置は、情報層の深さ１．２ｍｍを有する光ディスクに対する設定と情報層の深
さ０．６ｍｍを有する光ディスクに対する設定との間で切り替え可能な、制御装
置の形態で球面収差を補償する手段を含む。一方の設定では、機械的なアクチュ
エータによって、放射ビームの光路中に平板が挿入される。他方の設定では、機
械的なアクチュエータによって、放射ビームの光路から平板が取り除かれる。
【０００５】 しかしながら、球面収差を補償するために機械的なアクチュエータを使用する
ことは、特に分離した機械的なアクチュエータを焦点制御に使用するときには、
比較的複雑であり、従って走査装置の製造費用を増加させる。
【０００６】 球面収差を補償する副光学系を無しとすることも可能である。しかしながら、
光走査装置に使用される光ディスクの製造において厳格な公差を維持する必要が
ある。そのような公差は、光ディスクの位置において比較的高いＮＡの走査ビー
ムを与える装置を考えるときには、特に厳格である。例えば、０．８５のＮＡは
情報層の深さにおける製造公差に対して、例えば０．１ｍｍについては約±３μ
ｍが許容される。このような製造公差を制御することで、高いＮＡの走査ビーム
を提供するために、固定複合対物レンズを使用すること、及び球面収差を補償す
る副光学系を使用しないことが可能である。しかしながら、このような程度にま
で製造公差を制御することは光ディスクの製造費用を増加させる結果を有し、さ
らに多層光ディスクの走査中に球面収差の補償が可能ではない。
【０００７】 さらなる既知の光走査装置は、ＪＰ−Ａ−９３０６０１３に記載されており、
半導体レーザーからの放射ビームを円形の平行なビームに変換し、入射光の偏光
を９０°まで選択的に回転させるツイストネマチック液晶セルを通過させる。次
にビームを位相調整素子に通過させ、異なる基板の厚さを有する記録媒体に対す
る球面収差を減少させ、記録媒体上にビームを合焦する対物レンズに向かわせる
。位相調整素子は、中心部分の位相を周辺部分とは異なるように調整し、従って
比較的複雑な光学系でなければならない。光走査装置において別の非機械的な球
面収差補償系を提供することが望まれる。
【０００８】 本発明の１つの様相と一致して、情報層、放射ビームを発生させる放射源、及
び、放射源と情報層との間の光路中に位置し情報層上において放射ビームをスポ
ットに集光させる複合対物レンズからなる、光記録媒体を走査するための光走査
装置を提供する。対物レンズは、少なくとも、ビームをある集光度に集束するよ
うに配置される第一のレンズ素子とビームをより高い集光度に集束するように配
置される第二のレンズ素子とを含み、装置は、装置における第一のレンズ素子と
記録媒体の位置との間の光路中に位置する球面収差の発生する領域において、光
路長を変化させる電気光学素子を含む球面収差補償副光学系から成る。
【０００９】 球面収差の補償は、比較的高い開口数の装置においてさえ、そのような球面収
差を補償する機械的な系を必要とせずに、光ディスクの、又は複数の光ディスク
間の、様々な深さの情報層に対して行われる。
【００１０】 本発明の様々な実施例のさらなる特徴及び利点は、例のみによって与えられる
、添付の図面を参照する本発明の好ましい実施例の以下の記載によって明らかに
なると思われる。
【００１１】 図１は、光記録媒体１を走査するための、以下に記載する本発明の第１乃至４
の実施例の各々に一致した装置に共通な構成要素を説明する図である。記録媒体
１は、例えば、以下の例によって記載するような光ディスクである。
【００１２】 光ディスク１は、少なくとも１つの情報層３が配置される側に透過層２を含む
。多層光ディスクの場合は、２つ以上の情報層が、ディスクの中に異なる深さで
透過層２の後ろに配置される。情報層の側面は、多層光ディスクの場合、透過層
２から最も遠く離れ、透過層から離れて向い合い、保護層４によって周囲の影響
から保護される。装置に向い合う透過層の側面は、ディスク入口面５である。透
過層２は、情報層または複数の情報層に対する機械的な支持を与えることによっ
て光ディスクの基板として作用する。他に、透過層２は、情報層３を、多層光デ
ィスクの場合には最も上の情報層を、保護するただ１つの機能を持ってもよく、
機械的な支持は、例えば保護層４又は最も上の情報層に結合するさらなる情報層
及び透過層のような、その情報層の反対側の層によって与えられる。
【００１３】 情報は、図１に示してはいないが、実質的に平行、同心円状、又は渦巻き状の
トラックに配置される光学的に検出可能な印の形態で光ディスクの情報層３、又
は複数の情報層に蓄え得る。その印は、任意の光学的に読解可能な形態で、例え
ばピットの形態であってもよく、又は周囲と異なる反射係数若しくは磁化の方向
を有する領域であってもよく、これらの形態の組み合わせであってもよい。
【００１４】 走査装置は、放射源６、例えば、発散する放射ビーム７を放出する半導体レー
ザーを含む。ビームスプリッター８、例えば半透明板は、光をレンズ系へ反射さ
せる。レンズ系は、コリメーターレンズ９、複合対物レンズ１０及び集光レンズ
１１を含む。複合対物レンズ１０は、硬質のマウンティング１４によって相対的
な間隔で固定された、第一の又は後側レンズ素子１２、及び第二の又は前側レン
ズ素子１３を含む。各レンズ素子１２、１３は平面−凸面のレンズとして示され
ているが、また凸面−凸面又は凸面−凹面のような他の種類のレンズを使用して
もよい。
【００１５】 コリメーターレンズ９は、発散する放射ビーム７をコリメートされたビーム１
５に変える。コリメートということで、実質的に平行なビームを意味し、複合対
物レンズは実質的にゼロに等しい横倍率を有する。コリメートされたビームの経
路にある光学素子が、理想的にコリメートされた（平行な）ビームでの使用に対
して設計されるとき、コリメートされたビームの必要性が生じる。ビームの経路
にある素子が発散又は集束するビームでの使用に対して設計されるときは、コリ
メートされたビームは必ずしも必要ではない。理想的にコリメートされたビーム
での使用に対して設計された素子を使用するときでさえ、光学系に必要な効率に
依存して、ビームの集束発散に対するある公差が許容できる。本発明の光学系に
望まれる効率を達成するために、コリメートされたビームは、対物レンズの倍率
の絶対値が０．０２より小さくなるような集束発散性を有することが好ましい。
【００１６】 対物レンズ１０の第一のレンズ素子１２は、コリメートされた放射ビーム１５
を中間の開口数（ＮＡ）、例えば０．５５を有する集束するビーム１６に変換し
、第二のレンズ素子１３への入射させる。第二のレンズ素子１３は、入射ビーム
１６を、比較的高いＮＡ、例えば０．８５を有する集束するビーム１７に変え、
情報層３上のスポット１８に到達させる。
【００１７】 対物レンズ１０は、図１に２つのレンズ素子を有するように示されているが、
より多くの素子を含んでもよく、また、透過若しくは反射において動作するホロ
グラム、又は放射ビームを伝搬する導波路の外へ光を結合する回折格子を含んで
もよい。
【００１８】 情報層３によって反射された集束ビーム１７の光は、発散する反射ビーム１９
を形成し、進行する集束ビーム１７の光路に戻る。対物レンズの２つの素子は、
反射ビーム１９を最初に発散性の少ないビーム２０に、次に実質的にコリメート
された反射ビーム２１に変換し、ビームスプリッター８は、反射ビーム２１の少
なくとも一部を集光レンズ１１に向かって透過させることによって、通過するビ
ームと反射するビームとに分離する。
【００１９】 集光レンズは、入射ビームを図１中の１個の素子で一般的に示される（実際に
は複数の検出素子が使用される場合もある）検出系に合焦するような集束する反
射ビーム２２に変換する。検出系は、光を捕らえ電気信号に変換する。これらの
信号の１つは、情報信号２４であり、その値は、情報層３から読んだ情報を表わ
す。別の信号は、焦点誤差信号２５であり、その値は、スポット１８と情報層３
の軸の高さの差を表わす。別の信号は、球面収差誤差信号２６であり、検出器に
おける球面収差の僅かな量に相当する、スポット１８におけるビームの（望まな
い）球面収差の僅かな量からの偏差を表わす。他に、分離した制御装置を、各々
の信号２５、２６に使用してもよい。
【００２０】 焦点誤差信号２５は、マウンティング１４の軸の位置を制御してスポット１８
の軸の位置がスポットの領域にある情報層３の平面に実質的に一致するように、
対物レンズ１０の軸の位置を制御する焦点サーボモーター２９用の焦点制御信号
２８の形成に使用される。検出系の部分は、１つ以上の光感受性検出素子を含み
、放射を直接感知して焦点誤差の量を表わす出力信号を形成するために使用され
、その出力信号は電気回路によって加工され焦点誤差信号２５を形成する。
【００２１】 球面収差誤差信号２６は、図１に示すような検出系２３に到達する放射の球面
収差の直接的な測定を含む、多くの方法で導出され得る。この場合は、検出系の
部分は、１つ以上の光感受性検出素子及び検出素子の出力信号を加工する電気回
路を含み、球面収差誤差信号２６の形成に使用してもよい。そのような系は、我
々の同時係属のヨーロッパ特許出願９８２０４４７７．８号に記載されている。
他には、球面収差誤差信号２６は、受信する光路に導入される異なる球面収差を
もつ２つ以上の光感受性検出素子から形成される複数の情報信号のジッターを表
わす値から導出されるジッター最適化信号でもよい。
【００２２】 他には、又は追加で、別の信号、すなわち球面収差選択信号３１を、制御装置
２７に入力してもよい。球面収差選択信号３１は、光ディスクにおける情報層３
の周知かつ離散的な深さを表わし、例えば光走査装置に挿入した光ディスクの種
類を光学的又は機械的検出手段によって、又は光走査装置に挿入するディスクの
種類を選択する使用者によって、検出してもよい。
【００２３】 一般に対物レンズが調節される厚さよりも厚い又は薄い光ディスクの深さを通
して放射ビームが合焦する必要があるときに生じる、球面収差誤差信号２６又は
球面収差選択信号３１によって表わされる望まない球面収差は、球面収差補償副
光学系によって補償される。この副光学系は、ビームスプリッター８と光ディス
ク１の間の光路に配置される電気光学素子を含む。球面収差補償副光学系は図１
に示していないが、以後第１乃至第４の実施例の各々に関して記載される。球面
収差制御信号３０は、球面収差補償信号２６及び／又は球面収差選択信号３１か
ら導出され、以後記載される第１乃至第４の実施例の各々における上述の電気光
学装置を制御する。
【００２４】 この配置の情報読み取り効率を増加させるために、以後に記載する第１乃至第
４の実施例の各々において、例えば４分の１波長板のような直線偏光のビームか
ら円偏光を、及び円偏光から直線偏光を形成する偏光変調光学素子が、ビームス
プリッター８と光ディスク１との光路中に位置する光路に存在することが好まし
い。光学的板の好ましい位置は、第１乃至第４の実施例の各々に関連して以後に
記載される。次に、ビームスプリッター８は、ビームスプリッター８から検出器
２３へのより大きな出力効率を確実にするために、偏光変調光学素子との組み合
わせで作用する偏光ビームスプリッターであることが好ましい。
【００２５】 以下の第１乃至第４の実施例の各々の記載において、図１に関する上述の議論
を適用し、図１に関して記載される変更は第１乃至第４の実施例の各々に含める
ことが認められる。
【００２６】 今、図２を参照すると、本発明の第１の実施例において、球面収差補償副光学
系の電気光学素子は、後側レンズ素子１１２及び前側レンズ素子１１３を含む固
定複合対物レンズの光軸に垂直な面に配置される２つの平行な平面の間に形成さ
れる液晶セル１００である。液晶セル１００は、前側レンズ素子１１３と光ディ
スク１の入口面５との間に配置される。
【００２７】 前側レンズ素子１１３と入口面５との間の間隔の量は、比較的制限され、従っ
て液晶セル１００は、平凸レンズである前側レンズ素子１１３とその平面に隣接
して位置する透明な平板の面との間に配置されることが好ましい。これら２つの
平面の各々は、液晶セル１００の電極を形成する透過性の透明層１０２、１０３
を含む。層１０２、１０３は、例えば、酸化チタンインジウム（ＩＴＯ）で形成
してもよい。透過性の透明層１０２、１０３は、液晶層１０１と結合する。液晶
セル１００は、透過性の透明層に電圧を印加する可変電圧源１０４に接続し、電
圧は制御装置２７によって与えられる球面収差制御信号３０によって制御される
。
【００２８】 可変電圧源１００によって印加される電圧を変化させることによって、液晶層
１０１の屈折率を徐々に変化させてもよい。十分なオフ状態では、液晶分子は、
一般的に液晶層の面内に配置され、十分なオン状態では、液晶分子は一般的に光
学系の軸方向に配置される。液晶セルの典型的な屈折率は、ｎｌｃ＝１．５であ
り、液晶セル１００中の液晶の材料の屈折率における典型的な最大変化は、Δｎ ｌｃ ＝０．２５である。より小さな変化は、そのセルにより小さい電圧を印加す
ることによって達成され得る。
【００２９】 このように、第一に液晶セル１００の適切な厚さを選択し、適切な電圧を印加
することによって、所望の光路長を液晶セル１００に対して設定できる。液晶セ
ル１００で生成する球面収差の量は、セルの光路長で変化する。このように、光
ディスク１上に影響を及ぼす光の球面収差における所望の変化は、印加する電圧
を変化させることで液晶セル１００で形成してもよく、放射ビームが情報層に向
かって通過するに従い光ディスク中に生成する全ての他の補償されていない球面
収差を補償してもよい。
【００３０】 必要な液晶層の厚さは、装置が補償しようとする光ディスクの情報層の深さの
範囲に依存する。例えば、情報層の深さの範囲Δｄｉｌ＝５μｍで、液晶層１０
１の厚さｄｌｃは１２５μｍの範囲にあるべきである。収容され得る情報層の深
さの範囲は、ＮＡ＝０．８５（ＮＡは、前側レンズ素子１１３と光ディスク１と
の間のビームの開口数である）、ｎｔｌ＝１．５８（ｎｔｌは、透明層の屈折率
、又は多層ディスクの下側にある情報層の場合には情報層より上のディスクの層
を形成する部分の有効屈折率である）、ｎｌｃ＝１．５、及びΔｎｌｃ＝０．２
５のとき、以下の式 Δｄｉｌ＝０．０４６ｄｌｃ（ＮＡ／ＮＡｄ）４ で与えられ、ここでＮＡｄは、光ディスク内のビームの開口数である。
【００３１】 本発明のこの第１の実施例において、上述のように偏光ビームスプリッターの
使用と組み合わせて検出系の効率を改善する、４分の１波長板のような偏光変調
素子を液晶セル１００と光ディスク１の入口面５の間に置いてもよい。
【００３２】 球面収差補償副光学系の応答速度を増加させるために、液晶セル１００を、合
計の液晶層の厚さが１個のセル１００の厚さと等しいような２つの分離した液晶
セルに分割してもよい。この２つは、おおよそ等しい厚さを有することが好まし
い。液晶セルの応答時間は、液晶層の厚さの２乗に従って変化し、よって結晶セ
ル１００を２つに分割することは、球面収差補償副光学系の応答速度を著しく増
加させる。
【００３３】 この実施例において、液晶セル１００は、比較的高いＮＡ、例えば０．８５で
光ディスク１に入射する又は、光ディスク１から反射するビームの一部に配置さ
れるので、情報層３及び検出器２３の両方におけるビームの球面収差における比
較的大きな変化は、電極に印可する電圧を変化させることで生じさせることがで
きる。
【００３４】 今図３を参照すると、本発明の第２の実施例において、球面収差副光学系の電
気光学素子は、固定複合対物レンズの後側レンズ素子２１２及び前側レンズ素子
２１３の間に配置される液晶セル２００である。
【００３５】 図３に示す配置において、液晶セル２００は、２つの透明平板２１４、２１５
の間に配置される。透明板２１４、２１５の向い合う面は、平行かつ平面であり
、固定複合対物レンズの光軸に垂直に配置される。
【００３６】 液晶セル２００は、透明板２１４、２１５の向き合う面上に形成された２つの
透過性透明層２０２、２０３で結合した液晶層２０１で形成される。透過性の透
明層２０２、２０３は、例えばＩＴＯ材料で形成してもよい。液晶セル２００は
、制御装置２７によって形成される球面収差制御信号３０によって電圧が制御さ
れる可変電圧源２０４に接続する。
【００３７】 第２の実施例において、液晶セル２００は、中間のＮＡ、例えば０．５５であ
る入射及び反射ビームの部分に配置される。液晶セル２００自体で生じ得る球面
収差の変化量は、従って上述の第１の実施例の液晶セル１００で生じる球面収差
と比べて比較的小さい。しかしながら、追加の効果は、可変電圧源２０４の制御
下における液晶層２０１の屈折率の変化が、後側レンズ素子及び前側レンズ素子
２１３との間の明確な光路を変化させるさらなる及びより影響のある効果を有す
ることである。他の方法については、前側レンズ素子２１３の物体距離を、液晶
層２０１の屈折率の変化によって変調する。第１の実施例の配置と比較して、２
つの効果の組み合わせ、特に後者の効果は、液晶セル２００によって、同じ厚さ
の液晶セルに対する第１の実施例の配置によって生成し得る球面収差変化と比べ
て約２倍大きい、入射ビーム及び対応する反射ビームの球面収差変化の生成を導
く。
【００３８】 このように、この第２の実施例において、セルの液晶層２０１の厚さの２乗に
従って変化する球面収差補償副光学系の応答速度は、系に収容され得る光ディス
クの情報層の深さの変化の同じ範囲を与えるときの第１の実施例の配置と比較し
て著しく減少する。
【００３９】 例えば、情報層の深さの範囲Δｄｉｌが５μｍに対して、液晶層２０１の厚さ
ｄｌｃは、６５μｍの領域内にあるべきである。これは、液晶セル２００の切り
替えの応答時間が約４秒であることに相当する。さらなる例として、（複数の光
ディスク間の、又はもしかすると多層光ディスクにおける）情報層の深さの変化
Δｄｉｌが１０μｍに対して、合計の液晶セルの厚さｄｌｃが約１３０μｍであ
ることが要求される。しかしながら、後側レンズ素子２１２と前側レンズ素子２
１３との間に２つの分離した液晶セルを与えることによって、セルの切り替えの
応答時間は約４秒に維持することができる。
【００４０】 前側レンズ素子２１３はアッベの条件を満たし、本発明の場合において収容し
得る情報層の深さの範囲が以下の式、 Δｄｉｌ＝−（１−β２）β２ｎｉｌ ２ｄｌｃΔｎｌｃ／（（１−ｎｉｌ ２ ）ｎｌｃ ２） ここでβは前側レンズ素子２１３の倍率である、 で与えられると我々は仮定する。
【００４１】 収容し得る情報層の深さの適切な範囲を与えるために、前側レンズ素子２１３
の倍率は、以下の ０．１２５＜β２＜０．８７５ の範囲内に入ることが好ましい。
【００４２】 この範囲は、β２＝０．５で極大化し、実際の値はβ≒１／ｎｉｌによって与
えられる。
【００４３】 ｎｉｌ＝１．５８では、β≒０．６３３（β２≒０．４） 再び、球面収差補償副光学系の応答速度の増加のために、液晶セル２００は、
２つの分離した液晶セルに、同じ量の球面収差変化を形成するために、各々が後
側レンズ素子２１２と前側レンズ素子２１３の間に配置されるようにし合計の液
晶の厚さが１個の液晶セル２００の厚さと等しくなるように、分割してもよい。
【００４４】 さらに、情報の読み取りの効率を増加させるために、４分の１波長板のよう光
学的偏光回転板を液晶セル又は複数の液晶セルと光ディスク１の位置との間に設
置してもよい。
【００４５】 図３に示される実施例において、後側レンズ素子２１３と、液晶セル２００と
隣接する板２１４の間に隙間が与えられる一方で、さらなる実施例では、第１の
実施例において前側レンズ素子１１４が液晶セル１００の１つの表面を定義する
のと同様な方法で、液晶セル２００の１つの表面を定義する後側レンズ素子を配
置することによって、透明板２１４は省略してもよい。
【００４６】 本発明の第１、及び第２の実施例の配置は、光走査装置の中に収容される光デ
ィスクの製造公差（例えば、５μｍ）以内で、透明層２の厚さの変化を補償する
ことに使用してもよい。
【００４７】 上述の第１、及び第２の実施例の各々において、球面収差補償副光学系の応答
は、連続的に変調可能であり、装置が収容する光ディスクにおける情報層の深さ
の連続的な範囲に対して補償する。しかしながら、球面収差補償副光学系は、比
較的長い応答時間を示す。
【００４８】 以下に記載する本発明の第３及び第４の実施例において、球面収差補償副光学
系は、装置が収容する光ディスクの２つの予め決められた情報層の深さを収容す
るために、２つの別個な状態の間で切り替え可能である。球面収差補償副光学系
の応答速度は、収容される光ディスクの情報層の深さの範囲に対して増加する。
【００４９】 今、図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照すると、本発明の第３の実施例において、
球面収差補償副光学系の電気光学素子は、ツイストネマチック（ＴＮ）液晶セル
４００である。ＴＮセル４００は平面のセルであり、ＴＮ液晶セル４００の電極
を形成し透過性の透明層が内側の面に形成される２つの透明平板の間に挿入され
た液晶層からなる。ＴＮ液晶セルの技術で既知であるように、電極層に加えて、
液晶層の隣接した電極の表面は、配向膜材料でコートされている。液晶セル４０
０の一方の側面にある配向膜は、液晶分子を配向させる液晶セルの他方の側面に
ある配向膜の配向方向と垂直な方向に、液晶分子を配向させる。従って、セル４
００がオフ状態のときに、９０°のねじれが液晶セルの２つの側面間にある液晶
層の大部分に形成される。液晶セル４００は、球面収差制御信号３０で制御され
る電圧源４００に接続される。
【００５０】 スイッチをオンしたとき、電圧源４０１は、前側レンズ素子４１３と後側レン
ズ素子４１２によって形成される固定複合対物レンズの光軸に対して一般に液晶
分子が平行に並ぶオン状態に液晶層４００を切り替える。従って液晶セル４００
のオフ状態においては、入射光の偏光は、液晶セル４００を通過するときに、９
０°回転する。反対に、オフ状態では、液晶セル４００はセル４００を通過する
光の偏光に影響は無い。
【００５１】 ＴＮ液晶層４００における液晶層の厚さｄｌｃは、比較的薄く４乃至６μｍで
ある。球面収差補償副光学系の応答速度は、１０乃至５０ｍｓ以内のオンとオフ
のセルの切り替えに相応して速い。
【００５２】 第３の実施例における球面収差補償副光学系のさらなる構成要素は、受動性直
線複屈折平板４０２であり、好ましくは、ビームが中間の開口数、例えば約０．
５５であるとき、後側レンズ素子４１２と前側レンズ素子４１３の間の光路に位
置し、第２の実施例に関して説明したような比較的大きな球面収差の発生を示す
。しかしながら、複屈折板は前側レンズ素子４１３と光ディスク１の入口面５の
間に位置させてもよく、第１の実施例に関して説明したような効果を示す。複屈
折板４０２の屈折率は、入射光の偏光と共にΔｎ＝ｎｏ−ｎｅによって変化する
。入射光の偏光が複屈折板４０２の光軸に垂直であるときは、複屈折の屈折率は
ｎｏであり、一方、入射光の偏光が複屈折板４０２の光軸に平行であるときは、
複屈折の屈折率はｎｅである。複屈折板４０２は例えば方解石から形成してもよ
い。
【００５３】 このように、第３の実施例において、複屈折板４０２で生じる球面収差の量は
、板の光路長に依存して、ＴＮ液晶セル４００を切り替えることにより、２つの
離散的な量の間で可変である。
【００５４】 ４分の１波長板のような偏光変調素子４０３は、走査装置の情報読み取り効率
を改善するために、複屈折板４０２と光ディスク１の入口面５との間に挿入され
ることが好ましい。図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示すように、偏光変調板は、複屈
折板４０２と前側レンズ４１３の間に配置されることが好ましい。ＴＮ液晶セル
４００が、図４において分離した構成要素として示される一方、セル４００は他
の構成要素、例えば複屈折板４０２と統合してもよい。
【００５５】 今、オフ状態のＴＮ液晶セルを示す図４（Ａ）を参照すると、放射源６によっ
て生成する４０４で示される入射ビームは、最初にＰ型偏光を有する偏光ビーム
スプリッター４０８を通過する。ＴＮ液晶セル４００を通過すると、入射ビーム
の偏光は、回転してＳ型偏光になる。入射ビームは後側レンズ４１２を通じてあ
る程度まで集束して、図４に示すように複屈折板４０２をＰ方向に配置するので
、この場合には屈折率ｎｏを示す複屈折板４０２を通過する。次に４分の１波長
板４０３を通過して、入射ビームの偏光は、右回りの円偏光に変調され、入射ビ
ームは、前側レンズ素子４１３によってさらに集束される。光ディスク１におけ
る情報層３から反射すると、反射ビームの偏光は、４分の１波長板を通過してＰ
型偏光に変調されると、左回りの円偏光に変調される。
【００５６】 複屈折板４０２を通過すると、反射ビームは屈折率ｎｅを経験し、オフ状態の
ＴＮ液晶セル４００を通過するとＰ型偏光はＴＮ液晶セル４００の９０°回転効
果によってＳ型偏光に変調される。偏光ビームスプリッター４０８は、反射ビー
ムの大部分を、４０６で示されるビームにおいて反射体に向かってＳ型偏光状態
で反射する。
【００５７】 今、図４（Ｂ）を参照すると、図４（Ａ）に関する議論を適用すると、この場
合には、ＴＮ液晶セル４００は、球面収差制御信号３０によってオン状態に切り
替えられる。このように、液晶セル４００に入射する光の偏光は、セル４００の
通過によっては影響されない。従って、ビームは、複屈折板４０２を通過すると
き、Ｐ型偏光を維持し、屈折率ｎｅを経験して、それによって図４（Ａ）に関し
て記載されるＴＮ液晶セル４００のオフ状態で生成する球面収差の量と異なる量
の球面収差を生成する。
【００５８】 それに応じて、反射ビームが複屈折板４０２を通過するとき、ビームはＳ型偏
光状態にあり、屈折率ｎｏを経験し、再度ＴＮ液晶セル４００がオフ状態にある
ときに生じるのとは異なる球面収差の量を生じる。反射ビームが偏光ビームスプ
リッター４０８に接触するとき、反射ビームはＳ型偏光であり、偏光ビームスプ
リッター４０８はビームの大部分を検出器２３に向かって反射する。
【００５９】 このようにＴＮ液晶セル４００の切り替えは、光ディスクに入射するビームの
球面収差の差を生成し、従って光ディスクの情報層３上の合焦したスポットの大
きさを変調することに対して有用である。このように高い分解能を光ディスク上
で得ることが可能であり、従って、例えば多層光ディスク１において走査装置で
読み取るために情報層の２つの異なる深さが必要な場合でさえも、光ディスク上
のデータピット又は他の印をより効果的に読み取ることができる。
【００６０】 ＴＮ液晶セル４００のオン状態とＴＮ液晶セル４００のオフ状態とにおける複
屈折板４０２を通過した放射ビームの経路の方向の両方において生じる合計の球
面収差の量は、どちらの場合でも同じことが認められる。複屈折板を通過する光
路は、オフ状態の場合には、ビームが光ディスク１に向かって進行するときはｄ
ｎｏ（ｄは複屈折板の厚さである。）であり、ビームが光ディスク１から反射す
るときはｄｎｅであり、及びオン状態の場合には、逆である。このように検出器
における合焦したスポットの大きさは、ＴＮ液晶セル４００の切り替えによって
変調されない。
【００６１】 しかしながら、検出器における合焦したスポットの大きさの変化は、異なる情
報層の深さによって生成する球面収差の変化によって引き起こされる。これらの
変化は、検出器における適切な光学的な補償系を与えることによって、及び／又
は検出器２３における検出素子によって形成される電気信号の加工を変化させる
ことによって、補償され得る。
【００６２】 図５（Ａ）及び５（Ｂ）は本発明の第４の実施例を説明し、球面収差補償副光
学系の電気光学素子は、第３の実施例に関して記載されたのと同じように、ＴＮ
液晶セル５００である。ＴＮ液晶セル５００は、球面収差制御信号３０によって
制御される電圧源５０３によって切り替えられる。しかしながら、第４の実施例
においては、その副光学系は受動性円複屈折板５０１を含む。受動性円複屈折板
５０１の好ましい例は、コレステリック液晶を含む受動性液晶セルである。この
ようなコレステリック液晶は光学的に活性であり、比較的大きな円複屈折Δｎｌ ＝ｎｌｏ−ｎｌｅを与える。このような材料を選択することによって、受動性円
複屈折板５０１の厚さは、他のほとんど光学的に活性でない材料と比較して減少
させ得る。
【００６３】 加えて、第４の実施例において、４分の１波長板５０２のような偏光変調板は
、ＴＮ液晶セル５００と円複屈折板５０１との間の光路中に置かれる。円複屈折
板は、４分の１波長板５０２及び光ディスク１の入口面５との間の光路中に置か
れる。
【００６４】 より好ましい実施例は、図５（Ａ）及び５（Ｂ）に示すように、偏光変調板５
０２は、ＴＮ液晶セル５００と固定複合対物レンズの後側レンズ素子５１２の間
に配置される。ＴＮ液晶セル５００は、偏光ビームスプリッター５０８と偏光変
調板５０２との間に配置される。ＴＮ液晶セル５００は図５において分離した構
成成分として示される一方、セル５００は別の構成成分、例えば偏光変調板５０
２と統合してもよい。
【００６５】 円複屈折板５０１は、好ましくは、固定複合対物レンズの後側レンズ素子５１
２と前側レンズ素子５１３の間に置かれ、第２の実施例に関して説明した比較的
大きな球面収差生成効果を示す。しかしながら、円複屈折板５０１は、また前側
レンズ素子５１３及び光ディスク１の入口面５の間に位置してもよく、第１の実
施例に関して説明される効果を示す。
【００６６】 今、図５（Ａ）を参照すると、ＴＮ液晶セル５００は、オフ状態にあるとき、
偏光ビームスプリッター５０８を通過し、５０４で示される放射源から到着する
入射ビームは、ＴＮ液晶セル５００を通過するとき偏光におけるＰ型からＳ型へ
の回転を経験する。
【００６７】 偏光変調板５０２は、入射ビームの偏光を右回りの円偏光に変調し、従って、
円複屈折板５０１を通過するとき、ｎｌｏの屈折率を経験する。ビームが光ディ
スク１の情報層３によって反射されるとき、ビームの偏光は、左回りの円偏光に
変えられ、従って反射したビームは、円複屈折板５０１を通過するとき、屈折率
ｎｌｅを経験する。偏光変調板５０２は、反射ビームの左回りの円偏光を直線偏
光に変換し、ＴＮ液晶セル５００は、その偏光をＳ型の直線偏光に変調する。
【００６８】 偏光ビームスプリッター５０８は、従ってビームの大部分を、５０５に示すよ
うに反射体に向かって反射する。
【００６９】 図５（Ｂ）は、ＴＮ液晶セルがオン状態にある球面収差補償副光学系を示し、
直線偏光した光の偏光は、ＴＮ液晶セル５００の通過で変調されない。従って、
円複屈折板５０１を通過する入射ビームは、屈折率ｎｌｅを経験し、円複屈折板
５０１を通過する反射ビームは、屈折率ｎｌｏを経験する。
【００７０】 このように、ＴＮ液晶セル５００の切り替えは、光ディスクに入射するビーム
の球面収差の差を生じ、従って光ディスクの情報層３上の合焦したスポットの大
きさを変調するのに有用である。このように、より高い分解能を光ディスクで得
ることが可能であり、それによって例えば多層光ディスク１において走査装置で
読み取るために情報層の２つの異なる深さが必要な場合でさえも、光ディスク上
のデータピット又は他の印をより効果的に読み取ることができる。
【００７１】 ＴＮ液晶セル５００のオン状態とＴＮ液晶セル５００のオフ状態とにおける円
複屈折板５０１を通過した放射ビームの経路の方向の両方において生じる合計の
球面収差の量は、どちらの場合でも同じことが認められる。複屈折板を通過する
光路は、オフ状態の場合には、ビームが光ディスク１に向かって進行するときは
ｄｌｎｌｏ（ｄｌは複屈折板の厚さである。）であり、ビームが光ディスク１か
ら反射するときはｄｌｎｌｅであり、及びオン状態の場合には、逆である。この
ように検出器における合焦したスポットの大きさは、ＴＮ液晶セル５００の切り
替えによって変調されない。
【００７２】 しかしながら、検出器における合焦したスポットの大きさの変化は、異なる情
報層の深さによって生成する球面収差の変化によって引き起こされる。これらの
変化は、検出器における適切な光学的な補償系を与えることによって、及び／又
は検出器２３における検出素子によって形成される電気信号の加工を変化させる
ことによって、補償され得る。
【００７３】 本発明は、読み取られる光ディスクの情報層の深さが変化するとしても、比較
的短波長の放射ビーム、例えば約４００ｎｍの波長の放射ビームを使用し、光デ
ィスクにおける高い開口数を使用し、球面収差の補償に効果のある機械的なアク
チュエータを使用せずに、大容量の光ディスクの読み取りを可能にすることが認
められる。
【００７４】 上述の実施例全てが光ディスクからのデータの読み取りに関連する一方で、本
発明は、記録媒体のデータの光学的な記録に関連して等しく適用してもよいこと
が認められる。
【００７５】 他の変化や変更は、添付の請求項によって定義される発明に範囲内で予想され
る。
【００７６】 上述の第１乃至第４の実施例の各々で、光学的平板又は均一な厚さの素子、及
び実質的に均一な複屈折によって可変な球面収差が生成する一方、可変な球面収
差はまた光学的板又は少なくとも１つの非平面、例えばＡ４０ゼルニケ（Ｚｅｒ
ｎｉｋｅ）多項式に従って形作られた面、を有する素子、によって形成してもよ
い。しかしながら、これは装置に対して製造の複雑さを増加させる。
【００７７】 上述の第３及び第４の実施例において、ＴＮ液晶セルを、入射光の偏光を選択
的に９０°回転することに使用する一方で、同様な（光学系の複雑さ及び効率に
関してはほとんど最適ではない）機能は、偏光回転素子を省き、代わりに複屈折
の軸に対して４５°の配向で光を放出する１個の放射源か、要求される偏光の各
々において直角に偏光した光を放出する２つの分離した放射源によって与えられ
得ると考えられる。次に、必要な球面収差の補償は、選択制御信号と一致して、
例えば検出器における切り替え可能な偏光−選択フィルタによって選択すること
が可能である。他に、２つのこのような分離した放射源を提供する場合に、放射
源を選択制御信号と一致して選択的に活性化してもよい。
【００７８】 最後に、第１及び第２の実施例の１つの球面収差補償副光学系を第３又は第４
の実施例の１つのものとの組み合わせる配置が予想される。このような組み合わ
せは、多層光ディスクの情報層の深さにおける離散的な変化、及び、異なる光デ
イスクの情報層の深さにおいて、与えられた製造誤差内で連続的な変化に対する
球面収差補償を与えるのに有用であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１乃至４の実施例の各々に一致した装置に共通な構成要素を説明す
る図である。
【図２】 本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図３】 本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】 本発明の第３の実施例を説明する図である。
【図５】 本発明の第４の実施例を説明する図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンドリクス，ベルナルドゥス ハー ウ ェー オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 スタリンガ，シュールト オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 ファン ホウテン，ヘンドリク オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5D117 AA02 CC01 CC04 DD00 5D118 AA16 AA26 BA01 BB01 BB02 BB08 BF02 BF03 CA11 CD02 DC03 DC16 5D119 AA11 AA22 AA29 AA41 BA01 BB01 BB02 BB03 BB13 DA01 DA05 EA03 EB02 EC01 JA09 JA32 JA44 JB03 JB05 LB05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報層を含む光記録媒体を走査する光走査装置において、 放射ビームを生成する放射源並びに前記放射源及び前記情報層の間の光路中に
    配置され前記放射ビームを前記情報層上のスポットに集束させる複合対物レンズ
    を含み、 前記対物レンズは、少なくとも、前記ビームをある集光度に集束させるように
    配置した第一のレンズ素子、及び前記ビームをより高い集光度に集束させるよう
    に配置した第二のレンズ素子を含み、 前記装置は、球面収差発生領域において光路長を変化させる電気光学素子を含
    む球面収差補償副光学系を有し、 前記球面収差発生領域は、前記第一のレンズ素子及び前記装置内の記録媒体の
    間の光路中に位置する、光走査装置。
  2. 【請求項２】 前記球面収差発生領域は、前記第一のレンズ素子、及び前記
    第二のレンズ素子の間に位置する請求項１記載の光走査装置。
  3. 【請求項３】 前記電気光学素子は、前記放射源及び前記第一のレンズ素子
    の間に配置される請求項１又は２記載の光走査装置。
  4. 【請求項４】 前記電気光学素子は、液晶セルを含む請求項１乃至３いずれ
    か１項記載の光走査装置。
  5. 【請求項５】 前記電気光学素子は、 該素子を出る光の偏光が前記素子に入る光の予め決められた偏光に対して第一
    の配向を有する第一の状態、及び 前記素子を出る光の偏光が前記予め決められた偏光に対して第二の配向を有す
    る第二の状態 の間で切り替え可能な光学素子であって、 前記第一及び第二の配向は実質的に直角である請求項１乃至４いずれか１項記
    載の光走査装置。
  6. 【請求項６】 前記球面収差補償副光学系は、前記球面収差発生領域に配置
    される受動性複屈折光学素子を含む請求項１乃至５いずれか１項記載の光走査装
    置。
  7. 【請求項７】 前記複屈折光学素子は、至るところで実質的に均一な複屈折
    を有する光学的平板の形態である請求項７記載の光走査装置。
  8. 【請求項８】 前記複屈折光学素子は、直線複屈折光学素子である請求項６
    又は７記載の光走査装置。
  9. 【請求項９】 さらに、前記直線複屈折素子及び前記記録媒体の位置の間に
    配置され、４分の１波長板の効果を有する光学素子を含む請求項８記載の光走査
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記複屈折素子は、円複屈折光学素子である請求項６又は
    ７記載の光走査装置。
  11. 【請求項１１】 さらに、前記光路中の前記円複屈折光学素子及び前記電気
    光学素子の間に４分の１波長板の効果を有する光学素子を含む請求項１０記載の
    光走査装置。
  12. 【請求項１２】 前記電気光学素子は、前記第二のレンズ素子及び前記記録
    媒体の間に配置される請求項１記載の光走査装置。
  13. 【請求項１３】 前記電気光学素子は、部分的に前記第二のレンズ素子の一
    面によって定義される請求項１２記載の光走査装置。
  14. 【請求項１４】 前記電気光学素子の光学特性は、前記光走査装置の検出器
    上に影響を及ぼす放射において検出される球面収差の誤差に対する応答で制御さ
    れる請求項１乃至１３いずれか１項記載の光走査装置。
  15. 【請求項１５】 前記電気光学素子の光学特性は、走査される少なくとも２
    つの離散的な情報層の深さの１つを選択的に示す選択信号の下で変化する請求項
    １乃至１４いずれか１項記載の光走査装置。
  16. 【請求項１６】 前記第一及び第二のレンズ素子は、前記第一及び第二のレ
    ンズ素子の相互の間隔が固定されるように互いに関連し、固定して装置される請
    求項１乃至１５いずれか１項記載の光走査装置。
  17. 【請求項１７】 前記装置はさらに、前記第一及び第二のレンズ素子を一致
    して同じ程度移動させ、前記複合対物レンズ及び前記光ディスクの位置の間の軸
    の距離を変化させる合焦副光学系を含む請求項１乃至１６いずれか１項記載の光
    走査装置。
  18. 【請求項１８】 前記第二のレンズ素子から出てくる前記ビームは、開口数
    が０．７以上で前記記録媒体に影響を及ぼすように配置される請求項１乃至１７
    いずれか１項記載の光走査装置。
  19. 【請求項１９】 走査の動作間に前記記録媒体の情報層を読み取るステップ
    、及び前記記録媒体に発生する球面収差を補償するために走査の動作間に前記装
    置の光学特性を変化させるステップ、を含む請求項１乃至１７いずれか１項記載
    の光走査装置を動作させる方法。
  20. 【請求項２０】 走査の動作間に前記記録媒体の情報層にデータを書き込む
    ステップ、及び前記記録媒体に発生する球面収差を補償するために走査の動作間
    に前記装置の光学特性を変化させるステップ、を含む請求項１乃至１８いずれか
    １項記載の光走査装置を動作させる方法。
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