JP2004501479A - 光学記録媒体から読み出し及び/又は該媒体へ書き込む装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図8
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学記録媒体から読み出し及び/又は該媒体へ書き込む装置に関する。その装置は異なる波長の走査ビームを用い、その走査ビームは、共通の光軸に沿って通り、記録媒体を走査し、単一の光検出器によって検出される。特に、その装置は、光学再書込可能ディスクを再生し且つ記録する光学スキャナを有する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル汎用ディスク(DVD)及びコンパクトディスク(CD)に対して再生及び書き込みの両方ができる光学スキャナは、2つの異なるレーザ波長を必要とする。このために、CD互換のDVDプレーヤ及びレコーダは、2つの異なるレーザダイオードを備えている。この別々の構造は、更に必要とされる光学部品によって、結果としてコストの増加につながる。最近、必要な部品数を減らす1つの提案として、いわゆるツインレーザダイオードが入手可能となっている。これらは、異なる波長の2つのレーザダイオードを構成し、共通のレーザハウジング内に横方向に離れて搭載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
2つの光源の横方向分離は、結果として、スキャナの光学システムを通過した発光放射が、光ディスクの情報担持層に2つの相互に離れた光スポットで影像されるようになる。これは、2つの横方向分離の焦点が、ディスクから反射された光を影像する検出器のプレ−ンに交替で生成されることを意味する。従って、両方の波長に対して共通検出器を所望どおりに使用することは、不可能である。
【0004】
US−A−6,043,911は、2つの波長の走査ビームを用いる装置を開示しており、それらビームは、共通の光軸に沿って伝搬するためにビーム組合せ素子を用いて組合せられる。この公知の装置は、プリズム及びホログラムの組合せからなるビーム組合せ素子が、生産するのに高価であるという欠点を有する。更に、ホログラムは、異なる波長を出力する光源の異なる特性に対して最適に整合せず、これはある程度の厳しい外乱の影響を導出する。
【0005】
本発明の1つの目的は、改善された装置を提案することである。この目的は、請求項に記載された手段によって達成される。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ビーム組合せ素子が、この場合、回折格子である。これは、その特性が、計算され、特にレーザダイオードである光源の特徴に対して最適に整合されるという効果を有する。回折格子の特性は、この場合、以下の文章に記載された計算方法の1つを用いて計算されるのが好ましい。情報層は、記録媒体上の情報担持層であり、例えば、CD、DVDのような光ディスクであってもよいし、又は、読み出し専用、書き込み専用、若しくは読み出し及び書き込みの両方ができる他の光学記録媒体であってもよい。
【0007】
回折格子は、ブレーズ形状、又はブレーズ形状と同じ形状を有する格子線を有することも好ましい。ブレーズ形状の場合、格子線は直角交差部分を有さないが、本質的に交差部分を斜めに通る。従って、その形状は、例えば、のこぎり歯形状である。ブレーズ形状を用いる1つの効果は、回折効果が最適に用いられ、できる限り強度が大きくなるように、各光源から組合せビームパスに結合されることである。従って、これは、結果として、できる限り最小の光損失となる。
【0008】
本発明によれば、格子線は、ステップ形状を備える。このブレーズのような形状は、小さい力で発生され得るが、それにも関わらず、きれいなブレーズ形状と実質的にほとんど同じとなる特性を有するという効果がある。
【0009】
回折格子の格子線は、容易に出力できるという効果のために、直線且つ平行であるのが好ましい。多くの場合、特に回折格子が平行ビームで配列されているならば、これは十分に良い品質を提供する。回折格子が、発散又は収束ビームで配列されているならば、格子線は、それらが曲がるように設計されるのが好ましい。従って、格子線の間の距離が位置の機能として異なるために、位置の機能として異なる回折要因が、非平行ビームにおいて満足され、収差が補正されるという効果を有する。
【0010】
曲げられた格子線を用いるときでさえ、少なくとも1つの格子線は直線であるのが好ましい。これは、格子線の曲げが、直線の格子線から始まって特に容易に決定され得るという効果を有する。この格子線と光軸との間の距離は、光源の1つと光軸との間の距離の半分に対応することが好ましい。
【0011】
本発明は、回折格子について、両方の波長のそれぞれの1次回折に対して最適となるように提供される。特に波長の組合せ650nm及び780nmを用いるとき、効率と格子構造の簡単化とに対して1次回折を用いることが各場合で最適である。回折次数の他の組合せもまた、他の波長の組合せに対して価値がある。これもまた、0次だけでなく2次又はそれ以上の次数も含む。
【0012】
最も簡単なケースでは、異なる波長で光を出力するレーザダイオードは、それらによって出力された走査ビームが、互いに平行に且つ光軸に平行に通るように配列される。本発明は、両方のレーザダイオードについて、光軸に対して傾けて配列すべく提供する。これは、回折格子と一緒に、結果として、できる限り軸に対称な強度形状となるという効果を有する。
【0013】
回折格子はまた、この目的のために光軸に対して回転して配列されることも好ましい。レーザダイオード及び回折格子について、0次仮想光源が光軸上で停止するように回転して配列されるという特別な効果がある。
【0014】
本発明によれば、更に、サイドスポットが光学記録媒体上の情報トラックに対して直角に向けられるように、回折格子が向けられている。サイドスポットは、回折格子が最適化されるようにそれらと異なる次数の第2のビームの焦点である。必要ならば、これら回折次数は、最適な強度を有する回折格子形状を決定するために計画的に設計される。情報トラックは、例えば、従来の光ディスク上にマークする伸長情報の螺旋状又は円状トラックである。本発明による回折格子の配列は、サイドスポットが、公知の方法を用いて、起こりうるディスクの傾きを検出するために、又は、走査スポット及びトラック中心との間の任意のずれを検出するために用いられ得るという効果を有する。
【0015】
本発明によれば、レーザダイオード及び回折格子は、1つのモジュールに集積される。これは、モジュールが、予め組立てられた部分として供給され、組み込み中に必要とされる幾つかの組立体及び調整ステップと共に、組み込みのための品質制御を受ける。
【0016】
回折格子は、記録媒体から来るビームパスに有利に配列されるが、光検出器の上流前段に配列されている。これは、ビーム組合せが走査ビームの後方パスにのみ置かれるという効果を有する。従って、それによって生じるかもしれないいずれかのエラーが、残っている短いビームパス中でいずれの効果もほとんど有さないために、回折格子は、簡単にするべく設計され得る。
【0017】
この場合、回折格子及び検出器要素は、1つのモジュールに集積されるという効果を有する。
【0018】
更なる回折格子は、ビームパスに配列されるのが好ましい。これは、例えばトラッキング用に用いられる更なる2次ビームを発生するという効果を有する。更に、回折格子がロンキー格子であるならば、そのとき、これは、2次ビームが波長の一方だけに対して発生するという効果を有する。これは、例えば、公知の3ビームトラッキング方法を実行するための更なる2次ビームが、波長の一方のみに対していずれの場合にも用いられようとするときに、特に有利である。
【0019】
本発明は、光学記録媒体上に情報を記録するために、両方のレーザダイオードが同時に操作されるのに対して、読み出し操作の各場合には、レーザダイオードの一方だけが操作されることを提供する。本発明による回折格子は、両方のレーザダイオードのスポットが光学記録媒体上に重ね合わせられることを保証する。従って、データの記録又は削除を要求するそのエネルギは、同時に走査ビームを出力する両方のレーザダイオードによって効果的に印加される。1つの走査ビームは、記録媒体から読み出される各場合で要求される。ここで用いられるぢょ氏波長に対して本発明の見地の中であるけれども、異なる波長は、書き込み又は削除のために提供されるのが好ましい。
【0020】
本発明による装置の中で特に用いる回折格子を製造する本発明の方法において、格子構造及び格子線形状が規定され、対応する高さ形状は、これから決定され且つ階段形状に細分され、この処理の中で発生した異なる高さの領域は、リソグラフィ及びエッチング処理を用いてブランクに移動される。
【0021】
本発明の更なる効果的な改善は、例となる実施形態の以下の説明の中に含まれている。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、光学記録媒体1から読み出し及び/又は該媒体1へ書き込む装置の光学スキャナ3内のビームパスを表し、該スキャナは、2つのレーザダイオードLD1及びLD2を有する。いわゆるツインレーザダイオード又はデュアルレーザダイオードは、共通ハウジング2内に集積された、2つの分離レーザダイオードLD1及びLD2の配列を含む。光学記録媒体1から読み出し及び該媒体1へ書き込む光学スキャナ3のフィールドにおける応用について、第1のレーザダイオードLD1は第1の波長λ1=650nmで発光し、第2のレーザダイオードLD2は第2の波長λ2=780nmで発光する。図示された場合において、第2の波長λ2の放射は、古いCDフォーマットから読み出し且つ該フォーマットへ書き込むために用いられるのに対し、第1の波長λ1は、新しいDVDフォーマットのために用いられる。異なるディスクフォーマットに対する種々の要求のために、スキャナ3の全ての部品は、両方の波長λ1及びλ2に対して最適化されなければならない。従って、例えば、コリメータレンズ4は、できる限りわずかな発散にすべきであり、更に、対物レンズ5は、CDとDVDとで異なる基板厚さsd1及びsd2の球面収差を補償すべきである。図1(a)における記録媒体1は、DVDの基板厚さsd1と、CDの基板厚さsd2とを、選択可能として示している。明確にするために、異なるレーザダイオードLD1及びLD2のビームパスは、図1(a)及び図1(b)の別々の図面に描かれている。このような装置は、以下の問題にさらされる。:基本的に、光学スキャナ3は、光学記憶ディスク1上にレーザ源LD1及びLD2の回折限界イメージである。ツインレーザダイオードの場合、両方のレーザ源LD1及びLD2は、搭載ハウジング2内に横方向に離れている。それらレーザ源は、スキャナ3の光軸9に沿って通る2つの走査ビームAS1及びAS2を出力する。それらビームは、ビームスプリッタ16を通過し、コリメータレンズ4と対物レンズ5とを含む光学システムによって、光ディスク1の情報担持層6上に2つの相互分離スポットSP1及びSP2で影像される。これら2つのスポットSP1及びSP2は、交替で光源とみなされ、対物レンズ5及び円柱レンズ7を介して検出器8のプレ−ンに影像される。検出器8は、図1cに90°傾けて描かれており、図1cの場合、それぞれの電気信号A1、B1、C1及びD1を発光する4象限A、B、C及びDを有する。これら信号は、評価ユニット10によって公知の方法で1つ以上の情報信号ISに変換されるが、ここでは詳細には説明しない。円柱レンズ7によって導入された非点収差のために、検出器のプレ−ンに2つの光スポットSP1及びSP2のイメージSB1及びSB2はもはや回折限界の範囲にないが、円柱レンズ7の焦点距離にクリティカルに依存するサイズでもない。従って、2つのスポットSP1及びSP2の発生元の分離は、それらのイメージSB1及びSB2においてもはや保証されない。その問題は、数値例によって説明される。:2つのレーザ源LD1及びLD2は、通常、およそld=0.1mmで互いに横方向に離れている。検出器プレ−ンにおいて、円柱レンズ7の焦点距離に依存して、およそld’=0.1mmで互いに離れたものと同様のSB1及びSB2を影像するように導く。検出器8におけるスポットSP1及びSP2のイメージSB1及びSB2が結果としておよそdb=0.1mmの径dbを同様に有するように、円柱レンズ7自身が通常選択される。従って、実際上、各々が4象限A、B、C及びDを有する2つの相互にシフトしたスポットイメージSB1及びSB2を見つけることができ、その間隔は、径dbにほぼ対応する。1つの可能な対応策は、各々が4象限を有する2つのフォトダイオードから形成された検出器パターンを用いることである。しかしながら、この解決策の選択は、実際に実装するには高価となる。これは、検出器8のプレ−ンにおける2つのスポットイメージSB1及びSB2の間の距離が、円柱レンズ7の調整中に変化するためである。従って、検出器パターンによって予め決定されたような固定されたイメージの間隔を、光学スキャナ3の構造及び調整の間に維持することができない。
【0023】
光学的配列は、4象限を有する単一検出器8の使用を認めることが所望される。従って、2つのスポットイメージSB1及びSB2は、検出器プレ−ンにおいて同じ位置に集まるようにすべきである。基本的に、この目的を達成するために2つの異なる解決策に区別することが可能である。:第1は、ディスク1上に、横方向に同じ位置に配置された2つのスポットSP1及びSP2を発生することである。これは、結果として、2つのスポットイメージSB1及びSB2が検出器プレ−ンにおいて同心となる。第2は、検出器プレ−ンの同じ位置に、ディスク1上で横方向に離れたスポットSP1及びSP2を影像することである。
【0024】
後者について、ウォラストンプリズム11の複屈折の特性を、検出器パスにおいて用いることが提案されている。これは、図2に描かれている。簡潔にするために、図面は、検出器8の方向において、記録媒体1から逆方向に通る走査ビームAS1及びAS2のみを表している。波長λ1の走査ビームAS1が、通常ビームとしてウォラストンプリズム11に当たり、屈折せずに再びそれを維持するのに対し、波長λ2の走査ビームAS2は、異常ビームとして屈折する。ここで、配列は、2つの波長λ1及びλ2のイメージSB1及びSB2が、同じ横方向位置で検出器8に当たるように選択される。ビーム組合せのためのウォラストンプリズム11の選択は、以下の欠点を含む。:2つの波長の偏光ベクトルは、互いに直角になければならない。これは、2つのレーザダイオードLD1及びLD2の可変方向に対して自由度を制限する。製造技術は、2つのレーザダイオードLD1及びLD2が、ハウジング内で相互に直角の偏光を有して事実上正確に一列に配列できないことを結果としてもたらす。これは、調整をかなり困難にする。特に、4分の1波長の位相板を用いるとき、記録媒体1の基板の複屈折は、記録媒体1に対する光学スキャナの位置の機能として偏光を回転させる。その位相板は、駆動装置に書き込むために通常用いられるがここでは図示していない。
【0025】
前述した欠点は、材料の偏光依存特性を用いるビーム組合せが所望されないことを明らかにする。前述の2つの解決策に基づく偏光非依存のビーム組合せを許容する本発明による方法は、以下の文章に記載される。
【0026】
図3に描かれたような本発明の基本原理は、逆の考え方で、回折格子12の散乱特性を用いている。格子分光計の場合、固定の入射角αで格子に当たる多色(polychromic)放射は、以下の格子式に従って再び置かれる。
n*λ=d*(sin(α)−sin(β)) (1)
ここで、回折次数nの異なる角度βとし、この場合の異なる波長λ1及びλ2の放射が、角度α1及びα2で回折格子12に当たる。格子式に従って、結果として同じ出口角β1及びβ2になるように、格子周期dが選択される。従って、β1=β2=0について、以下のようになる。
【数1】
ここで、n1及びn2は、ビーム組合せのために用いられた回折次数を表す。これらは、始めから互いに別々となるように選択される。例えば、n1=0及びn2=1を選択することが可能であり、α1=0の場合、結果として必要とされる格子周期は以下のようになる。
【数2】
式(2)の対応する解決策は、回折次数n1及びn2の他の組合せに対して得られる。2つのレーザダイオードからの波長λ1及びλ2で発光された放射は、通常の表面に対して角度α1及びα2で回折格子に当たる。図面は、本発明によれば、両方の波長に対して同じとなるように選択される出口角βを表す。
【0027】
図4は、本発明における回折格子12の線形状の最適化を表す。ブレーズ形状は、図4(a)においてこの目的のために用いられ、ステップ形状は、図4(b)のブレーズ形状の近似値として用いられる。ステップ形状は、この場合、4つの高さステップによって表されている。等距離ステップh1、h2及びh3は、平均的に、それらが図4(a)に表されているようにブレーズ角θBに対応するように選択される。
【0028】
回折次数n1及びn2の適切な選択は、本発明によれば、更に回折効率εを考慮することによってなされる。回折効率εは、波長λ1及びλ2の発光レーザ光の部品が、スキャナ3の光学システムに利用できることを決定する。基本的に、回折効率εは、回折次数n1及びn2の選択に依存するだけではなく、回折格子12の構造要因、即ち別々の格子線13の形状にクリティカルに依存する。図4は、このような格子線13の形状の例を描いている。図4(a)に描かれた非対称的に形成されたブレーズ形状は、本発明によれば、1つの回折次数nだけで回折放射のできる限り大きな割合を集中するために特に最適となる。以下のようなブレーズ条件
【数3】
がこのような回折格子12に対して厳密に満足され、その基板が回折指数nrによって特徴付けられる場合、ε=1の回折効率は、対応する次数nに対して得られ、ε=0の回折効率は、他の全ての次数nに対して得られる。実際、ブレーズ条件を、波長λ1及びλ2の両方に対して同時に満足できないことは、図4(a)及び式(4)から明らかである。回折効率εは、以下の式によって与えられる。
【数4】
ここで、α(n)は、複素振幅回折効率を表す。変数α(n)は、以下の式によって過度に小さくない格子周期に対して計算することができる。
【数5】
φ(x)は、点xで格子ステップに当たるビームの相対的な位相を表す。ブレーズ格子に対して、以下の式が得られる。
【数6】
ここで、h(x)は、格子線13の高さ形状を表す。図4(a)に表されたブレーズ角との関係は、以下の式によって与えれる。
h(x)=tan(θB)*x for x∈[0,d] (8)
【0029】
格子形状が、回折次数n1の波長λ1に対して最適化されたならば、次数n2の波長λ2に対して、以下の結果となる。
【数7】
格子基板の散乱を、即ち波長に対するnrの変化を、無視できると仮定する。
【0030】
所与の比率λ1/λ2=0.833に対して両方の波長の最大の光出力を達成するために、n1=n2=±1となる回折次数を選択することは特に有利である、ということが分かった。例えば、図11は、種々の回折次数nに対して回折効率εを表し、ブレーズ条件が1次で波長λ1=650nmに対して厳密に満足するような格子形状を仮定する。波長λ2=780nmに対して、このブレーズ条件は相反する。しかしながら、波長λ1及びλ2の間の比較的小さな差によって、90%以上の回折効率εがλ2に対しても達成することができることは明らかである。更に、図11は、格子形状の結果である回折効率をリストしており、この場合、図4(b)に描かれ、4つの別々のステップから形成されているように、4ステップ形状の形式のものである。このような形状は、理想的なブレーズ形状よりも、機械的に製造される必要があるリソグラフッフィック露光及びその後のエッチング処理によって容易に製造され得る。ステップの高さh1、h2及びh3とステップ数とは、この場合、最適化されたブレーズ形状のできる限り最良の近似値を達成するために選択される。この形状に対して図11に示された回折効率は、式(5)の数値式によって決定される。この場合、同様に、70%以上の出力が、両方の波長λ1及びλ2に対して達成できることが分かった。
【0031】
ビーム組合せ用の光学スキャナの特定の配列は、特に回折次数n1=n2=±1に対して、以下の文章の中で説明される。
【0032】
図5は、発散走査ビームAS1及びAS2においてビーム組合せのための本発明による装置のビームパスを表す。2つのレーザダイオードLD1及びLD2からの発散方法で発光された放射は、回折格子12で回折した後で非収差であり、あたかも両方の波長が同じ点即ち仮想源VSから発生しているかのように伝搬する。2つのレーザダイオードLD1及びLD2は、この場合、点光源とみなされる。回折格子12で回折した後、2つの光源LD1及びLD2からの放射は、あたかもそれらが単一源、いわゆる仮想源VSから発生しているかのように伝搬する。仮想源VSに対して、2つの実際の源LD1及びLD2は、それぞれ、横方向に座標点(0,y1)及び(0,y2)に配置される。回折格子12は、縦方向の距離Z0に配置される。回折格子12の中心、即ち座標(Z0,0)に当たるビームは、回折の後で光軸9に沿って通り、両方のビームAS1及びAS2に対する出口角βは零となる。入射角α1及びα2は、一方で、以下のようになる幾何学的配置から決定され得る。
【数8】
他方では、それらは、β=0の格子式(1)を満足しなければならず、従って、結果として以下の条件式となる。
【数9】
式(11)の最後のステップのものが適用でき、λ1 , 2<<dに限定したものである。式(11)は、再組立のために必要とされる格子定数dと、レーザダイオードLD1及びレーザダイオードLD2の間の所与の距離Δyに対して決定すべき位置y1とを受け入れる。例えば、格子定数d=13μm及び位置y1=0.5mmは、Z0=10mm及びΔy=0.1mmで得られる。
【0033】
式(11)に対応する周期を有する簡単な線形の回折格子12が用いられる場合、2つの走査ビームAS1及びAS2の組合せが保証されるが、記録媒体1の情報担持層6上に回折限界スポットSP1及びSP2が存在しない。これは、線形格子上の発散ビームAS1及びAS2の回折中に生じる収差による。これを防ぐために、本発明による回折格子12は、簡単な回折格子よりはるかに複雑に構成される。
【0034】
図6は、曲がった格子線13を有する最適化された回折格子12の線構造を表す。理解できるように、1つの格子線13’は曲がっていない。線間隔dは、この場合、dx(x,y)及びdy(x,y)によって座標(x,y)の機能として直交座標形式で表される。
【0035】
回折格子12の正確な構造は、以下の文章に記載されているように、レーザダイオードLD1からの放射に対して決定される。全ての収差に対する完全な補正は、2つのレーザダイオードLD1及びLD2の一方の波長λ1及びλ2に対してのみ可能となる。数値シミュレーション計算によって表されたように、レーザダイオードLD2からの放射における有限収差は無視できる。
【0036】
レーザダイオードLD1から即ち点(0,y1)から発生し、点(xa,ya)で回折格子12に当たる各ビームは、次のように回折するようになされる。その回折は、結果として生じるビームが、点(0,0)の仮想源VSから発生したものに対応し、回折されることなく点(xa,ya)を通過するようになされる。これは、回折ビームの出口方向が、仮想ビームの入射方向と等しいことを意味する。曲がった格子線13における回折が正確に表されていることを認めるために、格子周期は、図6に描かれたように、各格子座標(x,y)に対して直交座標dx及びdyに分解される。入射角αは、その座標αx及びαyに対応する方法で細分される。
【0037】
従って、距離Z0で(0,y1)から(xa,ya)へのビームに対して、以下の式となる。
【数10】
【0038】
仮想源VSからの仮想ビームは、部品の形状で表されたものと同様に公称出口角βを決定する。これは、以下の式のように、仮想ビームの入射角と等しくなる。
【数11】
【0039】
前述で計算された角αx、αy、βx及びβyを有する格子式(1)が、1次回折に対して各点(xa,ya)で満足されるように、格子周期dx(xa,ya)及びdy(xa,ya)が選択される。従って、以下の式を得る。
【数12】
【0040】
回折格子は、式(14)によって完全に特徴付けられ、別々の格子線13に細分され得る。本発明によれば、ya=y1/2の格子線13’は、線構造に対して適切な発生点である。この場合、dxの分母は、格子線13’がx軸と平行に通ることを意味するという特異性を持っている。他の全ての格子線13の形状は、dyの連続追加によって計算され得る。図6に描かれたような回折格子12の構造は、この方法で計算された構造と質的に対応する。
【0041】
図7は、光軸9に対して片寄って配列されたレーザダイオードLD1及びLD2に対するビームパスを表す。この場合の太矢印は、強度最大(intensity maxima)の発光角度を示す。強度形状の角度分布がZ軸と平行して配列されるように、2つのレーザダイオードLD1及びLD2は、通常、配列される。強度最大の間の横方向の距離λy(Z1)は、レーザダイオードLD1及びLD2の間の距離y2(0)−y1(0)と伝搬距離Z1−Z0とに依存する。
【0042】
これまでの記載は、レーザダイオードの発光特性を省略している。レーザダイオードLD1及びLD2は、その放射が特定の角度分布を持っていない点光源であると仮定されている。図7は、強度最大が最終的に移動する方向、即ち、それらの横方向間隔Δy(Z1)が長手方向にどのくらい増加するかを表している。従って、この間隔に対して、以下の式となる。
【数13】
【0043】
コリメータレンズ4がZ1に位置する場合、距離Δy(Z1)は、Z>Z1で一定に維持される。y2−y1=0.1mm、Z0=10mm及びZ1=20mmは、数値例として再度仮定する。従って、これは、結果として発光最大は0.2mmで離されることになる。この値は、約3〜4mmの対物レンズ5の典型的な口径と比較しても小さい。これは、実際上、強度最大の間の間隔がほとんど明白ではないことを意味する。対照的に、表されている軸9’に対する放射最大のシフトは、よりクリティカルである。このシフトy1(Z1)は、Δy(Z1)の値のおよそ5倍と仮定する。前述の数値例について、これは、強度最大が光軸9’に対して約1mmの間でシフトされることを意味する。従って、このシフトは、レンズ開口のおよそ1/4の量となり、従って補正されるべきである。本発明によれば、これは以下のように実行される。:回折格子12から発生する波頭は、仮想源VSの発光点から発生する球面波に相当する。従って、回折格子12の鮮明度(definition)のための前段ステップが無効となることなく、点VSに対して任意の所望の角度でその後の光学システムを回転させることが可能となる。従って、回折格子12の特徴が変化することがない限り、組合せビームAS1及びAS2の一方の特徴に変化が生じない。実行される回転は、レーザダイオードLD1の強度最大が、その後のシステムの光軸9に置かれるような角度で有効に提供される。図8は、対応する最適化された全体システムを表す。
【0044】
図8は、発散ビーム中の回折格子12を有する光学スキャナ8の全体構造を表す。回折格子12に続く光学システムの光軸9に対して、2つのレーザダイオードLD1及びLD2の強度最大のシフトをできる限り小さく維持するために、レーザダイオードLD1及びLD2と回折格子12とを含むユニットは、描かれたプレーンに直角であり且つ仮想源VSを通る軸に対して回転される。最適な回転角は、回折格子12を通過した後における2つのレーザダイオードLD1及びLD2の発光角度の平均値である。
【0045】
本発明によれば、対応する小さい距離Z0を用いるとき、モジュール14は、ツインレーザダイオードLD1及びLD2と回折格子12とを含む、集積された全体部品として提供される。回折格子12の残る回折次数が、結果として、光ディスク1上のトラックに対して直角に向けられた光スポットとなるように、回折格子に対する光学システムの向きは選択される。更なる検出器素子を用いる場合、ここで説明しないが、これらサイドスポットは、光ディスクの放射方向傾斜を検出するために用いられる。更なる格子14が、選択的に表されている。これは、公知の3ビームトラッキング方法に基づいて、CDディスクの複写中の任意のトラッキングエラーを検出するために用いられる。その格子線は、この目的のために、回折格子12のものに対してほぼ直角に向けられ、ディスク1上の更なる格子15に起因するサイドスポットが、トラックに沿って配列される。更なる格子15がDVDディスクから読み出す必要性がないために、本発明は、回折が波長λ1に対して発生しないように用いられるべき格子を提供する。これは、例えば、650nmのΔφ=πを有するロンキー格子のような場合である。
【0046】
平行ビーム中のビーム組合せは、前述した場合よりも簡単である。この場合、図9に描かれたように、レーザダイオードLD1及びLD2から発散形状に発生する放射AS1及びAS2は、まず最初に、適切なコリメータレンズ4を用いて平行にされる。レーザダイオードLD1及びLD2の異なるオブジェクト位置により、波長λ1及びλ2を含む平行ビームは異なるフィールド角を有する。これらは、平行ビーム内に位置付けられた、本発明による回折格子12によって互いに整合される。線形格子からの平行ビームの回折は、結果としていずれの収差にもならず、回折格子12は、簡単な回折格子の形状として有利となる。両方の波長λ1及びλ2に対して発生する最大光子を達成するために、両方のレーザフィールドは、前述されたように、それぞれ1次で回折する。格子周期は、平行ビームのフィールド角Δα=α2−α1の間の差を考慮して、以下の式のように設計される。
【数14】
ここでfcollは、コリメータレンズ4の焦点距離を表す。条件β=0に従うために、式(2)は、格子周期d及び入射角α1を独自に規定するために用いられる。
【数15】
数値例:コリメータ焦点距離fcoll=20mmと、横方向間隔Δy=0.1mmのコリメータ焦点距離とに対して、これは、結果としてΔα=0.286°になる。式(17)を用いると、角度及び格子周期をそれぞれ、α1=1.43°及びd=26μmとして規定できる。
【0047】
図10は、本発明による装置の逆方向パスにおけるビーム組合せを表す。回折格子12は、この場合、光学スキャナ8の検証パスの中に配列される。この配列は、図2に描かれたものに対応し、本発明による回折格子12は、ウォラストンプリズム11の代わりに、ビーム組合せのために用いられる。この場合、2つのレーザダイオードLD1及びLD2から発光された放射は、最初に、図1に表されたように、2つの横方向に離れたスポットSP1及びSP2が光ディスク1の情報層6上に発生するように組み合わされない。両方のスポットSP1及びSP2が検出器プレーンの同じ位置SB1及びSB2にイメージされた境界条件は、この場合、逆方向パスの回折格子12によって満足される。たとえ非平行ビームパス内に位置付けられていても、回折格子12の構造は、この場合、簡単な線形格子の形状であってもよい。線形格子上の回折に起因する収差は、図5〜8に関連して記載された構造に対照して、この点で無視できる。光子発生理由について、回折格子12は、1次回折における両方の波長λ1及びλ2に対して再度用いられてもよい。回折格子12及び検出器8を含むモジュール14’は、他の実施形態として、破線で描かれている。
【0048】
本発明に対する更なる応用選択は、以下の文章内に明記されている。ビーム組合せのための最初の2つの選択は、結果として、2つの重複光スポットSB1及びSB2が光ディスク1上に発生するようになる。光学スキャナ8の通常動作中に、2つの波長λ1及びλ2の連続使用(successive use)が好ましい。即ち、DVD用の波長λ=650nmのレーザダイオードLD1と、CD用の波長λ=780nmのレーザダイオードLD2とを連続使用し、本発明による方法は、光学データ記憶用の新しいアプリケーションで開かれる。これらは、例えばいわゆる2光子処理を含む。これら処理は、ディスク1上のメモリ層6の使用からなり、情報単位を書き込むために分子電子遷移を用いる。この場合、状態ZAから他の状態ZBへの分子遷移は、中間レベルZCを介して起こる。例として、レーザダイオードLD1からの光が、遷移ZA→ZCを刺激するために用いられるのに対し、遷移ZC→ZBがレーザダイオードLD2からの放射によって刺激される。対照的に、書き込まれた情報は、2つのレーザダイオードLD1及びLD2の一方だけを用いて読み出される。このような2光子処理の使用は、将来的に信頼性が高い大量なデータを達成することが可能となる。いわゆる「前熱」処理は、重複スポットSP1及びSP2の更なる新しいアプリケーションとして想定される。この場合、例として、レーザダイオードLD2からの光は、光ディスク上のメモリ層6の大きい領域が加熱されることを保証するのに対し、情報は、レーザダイオードLD1の適切なパルスによってのみメモリ層6に書き込まれる。これは、処理を削除するとみなす信頼性の高い良いデータと、達成可能な高い効率密度との点で、現在の方法よりも有利である。高い効率密度は、例えば、多数の情報担持層6を有する光学記憶ディスク1の場合に所望される。
【0049】
本発明は、2つのレーザダイオードLD1及びLD2から発光された放射を形成する回折方法に関し、単一検出器8の使用を可能とする。一方では、1つの方向は、光ディスク1上に同一線形で配列された2つの焦点SP1及びSP2を達成するために指示され、従って単一検出器8を使用できる。他方では、1つの方向は、共通検出器8上で、光ディスク1上に離れた光スポットSP1及びSP2をイメージするために表される。ウォラストンプリズム11の使用は、以下の欠点を有する。:レーザダイオードLD1及びLD2の偏光は、自由に選択することができない。それは、前段パスにおいて用いられないが、ディスク1上に発生するスポットSP1及びSP2を横方向に離れる。プラスチックからそれらを製造することができないので、ウォラストンプリズム11は、比較的高価な光学部品である。回折格子12の使用は、本発明によれば、2つの横方向に離れた単色光源から発光される放射に対して可能となる。レーザダイオードLD1及びLD2のこの場合、単色光源を形成するために、2つの波長λ1及びλ2の光ビームが、回折格子12を通過した後で共通軸9を有するようになる。これは、DVD及びCDを再生及び記録する光学スキャナ8に対して簡単な概念を達成することが可能となる。格子の回折の散乱特性は、放射の組み合わせに用いられ、1次回折n=±1が両方の波長λ1及びλ2に対して用いられる。補正収差のための複雑な線構造は、スキャナ8の前段パスにおける使用に対して表されている。両方の波長λ1及びλ2に対してできる限り高い回折効率を達成するために、即ち、低い光損失を達成するために、個別形状のブレーズ幾何学は、回折格子12のステップ形状に用いられる。前熱記録及び2光子処理はその方法の更に可能な応用として言及されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】
2つのレーザダイオードを用いるビームパスの構成図である。
【図2】
ウォラストンプリズムを用いるビーム組合せの構成図である。
【図3】
回折格子を用いるビーム組合せの構成図である。
【図4】
回折格子の線形状図である。
【図5】
回折格子を用いるビームパスの構成図である。
【図6】
本発明による回折格子の線構成図である。
【図7】
光軸に対して片寄って配列されたレーザダイオードのビームパスの構成図である。
【図8】
発散ビームの回折格子を有する本発明による装置の構成図である。
【図9】
平行ビームにおける回折格子を有する本発明による装置の構成図である。
【図10】
検証パスにおける回折格子を有する本発明による装置の構成図である。
【図11】
計算された回折効率のテーブルである。
【符号の説明】
1 光学記録媒体
2 共通ハウジング
3 光学スキャナ
4 コリメータレンズ
5 対物レンズ
7 円柱レンズ
8 検出器
9、9’ 共通の光軸
10 評価ユニット
11 ウォラストンプリズム
12 回折格子
13、13’ 格子線
14、14’ モジュール
15 更なる回折格子
16 ビームスプリッタ
Claims (15)
- 光学記録媒体(1)から読み出し及び/又は該媒体へ書き込む装置であって、第1の波長(λ1)で第1の走査ビーム(AS1)を出力する第1のレーザダイオード(LD1)を有し、第2の波長(λ2)で第2の走査ビーム(AS2)を出力する第2のレーザダイオード(LD2)を有し、前記走査ビーム(AS1、AS2)は、共通の光軸(9)に沿って通り、前記記録媒体(1)上の情報層(6)を走査し、及び、情報信号(IS)を出力するために単一の光検出器(8)上に落とし、ビーム組合せ素子が、前記光軸(9)上の1点に配列されている前記装置において、
前記ビーム組合せ素子は、両方の波長(λ1、λ2)に対する0次回折より高くなるように最適化された回折格子(12)であることを特徴とする装置。 - 前記回折格子(12)は、ブレーズ形状又はこれと同じ形状を有する格子線(13)を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- ステップ形状(h1、h2、h3)を有する前記格子線(13)を備えることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記回折格子(12)は、曲がった格子線(13)を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の装置。
- 1つの格子線(13’)は直線であることを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記回折格子(12)は、両方の波長(λ1、λ2)の1次回折に対して最適化されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1のレーザダイオード(LD1)及び前記第2のレーザダイオード(LD2)は、前記光軸(9)に対して傾けて配列されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記回折格子(12)は、前記光軸(9)に対して傾けて配列されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の装置。
- サイドスポットが前記光学記録媒体(1)上の情報トラックに対して直角に向けられるように、前記回折格子(12)が向けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1のレーザダイオード(LD1)、前記第2のレーザダイオード(LD2)及び前記回折格子(12)は、1つのモジュール(14)に集積されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記回折格子(12)は、前記記録媒体(1)から来るビームパスにおいて前記光検出器(8)の上流に配列されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記回折格子(12)及び前記光検出器(8)は、1つのモジュール(14’)に集積されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 更なる回折格子(15)、特にロンキー格子は、前記ビームパスに配列されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光学記録媒体(1)上に情報を記録するために、両方のレーザダイオード(LD1、LD2)が同時に操作されるのに対し、各読み出し操作の場合、前記レーザダイオード(LD1、LD2)の一方だけが操作されることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の装置。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載の装置内で特に用いる回折格子(12)の製造方法において、
前記格子構造及び前記格子線形状(h1、h2、h3)が規定され、前記対応する高さ形状は、等しい高さの表面に細分され、該等しい高さの表面は、リソグラフィ及びエッチング処理を用いてブランクに移動されることを特徴とする方法。
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