JP2006503390A - チルトの検出を備えた光走査デバイス - Google Patents

Abstract

この発明は、光記録担体を走査すると共に走査の間における光記録担体のチルト特性を検出するための光走査デバイスに関する。そのデバイスは、記録担体に向かって伝わるとき、放射ビームの一部分を、放射ビームの主要な部分と異なって、再方向付けるための、対物レンズ（１０）に配置される再方向付けの構造（２６）を含む。再方向付けられたビームの部分は、検出系（１６）における位置検知型の検出器に向かって、主要なビームの部分によってたどられる経路のものと異なる経路をたどる。

Description

この発明は、チルトの検出機能を備えた光走査デバイスに関する。

ディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）タイプの系のような、進歩した光走査デバイスにおいて、高いデータ容量を達成するために、高い開口数（ＮＡ）の対物レンズが、使用される。欠点は、ディスクを傾けるとき、ディスクの被覆層によって導入される、波面収差、特にコマによる、小さいディスクのチルトの余裕である。波面収差が、対物レンズのＮＡと共に増加するので、より高い開口数を使用するとき、ディスクのチルトは、ますます、重要になる。

特許文献１は、光記録担体のチルトが測定される光走査装置を記述する。一つの実施形態において、チルトは、例えば、異なる波長を備えた別個の光源によって測定される。代替の実施形態において、チルトは、レーザーの放射源の後部から放出されると共にその結果として読み出しビームから分離される放射を使用することによって、測定される。背面放出のレーザーダイオードを使用することは、相対的に複雑で且つ高価である。

特許文献２は、対物レンズの前面が、相互に異なる曲率の第一及び第二の領域で形成される光走査デバイスを記述する。中央の領域は、放射ビームをディスク内の情報層上でスポットに集束させる代わりに、ディスクの前面上へビームの中央部分を集束させる。戻りのビームの経路において、戻りのビームの中央部分を位置検出器へ分配するために、ホログラフィック素子が、使用される。二つのビームを分割するためのホログラフィック素子の使用は、相対的に高価な解決手段である。

特許文献３は、チルトを検出する系を含む光走査デバイスを記述する。そのデバイスの対物レンズは、周辺の縁を含み、その周辺の縁を通じたビームが、光記録担体に向かって伝わるとき、再方向付け無しに通過する。ビームのチルト検出部分が存在する単数又は複数の周辺の縁でのみ作用する、半透明鏡のビームスプリッターは、位置検知器を含む、チルト検出光学系に向かって、主要な光路の外に、ビームの戻りのチルト検出部分を反射させる。別個の光路が、チルト検出系に要求される。さらに、この配置に示唆されるように、半透明鏡にアクチュエータを統合することは、対物レンズ系の重量を増加させると共に、対物レンズ系の機械的なアクチュエータの系の消費電力を増加させる。また、それは、系の走査スピードを限定する、アクチュエータの帯域幅を減少させる。
米国特許第４，２１９，７０４号明細書 特開２０００−７６６７８号公報 特開平５−６５６２号公報

先行技術の配置の欠点無しに、系におけるチルトの特性を検出することが、望ましいであろう。

本発明によれば、放射ビームを使用して光記録担体を走査するための光走査デバイスが、提供され、前記のデバイスは、放射ビームを、記録担体における情報層においてスポットに集束させるための光学系、並びに、放射ビームの主要な部分からの放射を記録担体におけるその主要な部分の反射後に受けるように及び情報信号を検出するように配置される情報信号検出器を含む検出系を含み、ここで、光学系は、記録担体に向かって伝わるとき、放射ビームの一部分を、放射ビームの主要な部分とは異なって再方向付けて、再方向付けられたビームの部分が、主要なビームの部分によってたどられる経路のものと異なる経路をたどるように配置される再方向付けの構造を含み、ここで、検出系は、再方向付けられたビームの部分の位置を検出するための位置検知型の検出器を含む。

本発明の使用によって、光学系において別個のチルトを検出する部門を要求しないチルト検出系が、提供される。再方向付けの構造は、例えば、光学系における対物レンズの表面に形成され得ると共に、主要な情報信号を検出するビームの一部分を再方向付けることができる。光記録担体からの反射後に、再方向けられた部分は、位置検知型の検出器に到達するまで、主要なビームのように同じ光学構成部品を通過する経路をたどってもよい。

本発明のさらなる態様、利点及び特徴は、添付する図面を参照してなされる、一例として与えられる、次の本発明の好適な実施形態の説明から明らかになるであろう。

本発明の実施形態による光走査デバイスを図１に示す。この実施形態においては、そのデバイスを、ＤＶＤタイプのディスクを走査するように適合させている。放射源２、この実施形態においてはレーザーダイオードは、所定の波長、例えば６６０ｎｍを備えた放射ビームを放出する。放射ビームは、コリメータレンズ６によってコリメートされると共に、所定の焦点距離、例えば２．７５ｍｍを備えた対物レンズによって、光記録担体、この実施形態においてはディスクの情報層上に集束させられる。反射されたビームを、検出系１６上へ方向付けるために、四分の一波長板８及び偏光ビームスプリッター４が、使用される。非点収差を補正するレンズのような、検出レンズ１４が、主要なビームの部分１５についての焦点制御を提供するために、使用される。

上述したような光学系を通過する主要なビームに加えて、ビームの部分１７は、チルトの検出の目的のために、光路中で完全に分離されると共に、主要な情報信号とは別個に検出される検出系１６のチルト検出部分に向かって再方向付けられる。再方向付けられたビームの部分１７は、記録担体１２に行く途中で再方向付けられると共にその記録担体による反射の後で、対物レンズ１０、四分の一波長板８、コリメータレンズ６、及び検出レンズ１４の各々を、それぞれの開口内で、通過する。コリメータレンズ６は、再方向付けられたビームの部分１７を、検出系における位置検知型の検出器上でスポットに、集束させる。

図２は、検出系１６に使用される模範的な検出器アレイを説明する。検出器アレイは、光ディスク１２中の情報層から読み取られた情報信号及び焦点誤差信号を検出するための従来の象限検出器１８並びにトラッキング誤差信号を検出するための象限検出器１８の各々の側に配置される二つのプッシュプルラジアルトラッキング誤差検出器２０、２２を含む。また、検出系１６に含まれるのは、径方向のディスクのチルト及び接線方向のディスクのチルトの両方を検出するために使用される、二次元の位置を検知するデバイス２４である。代替の実施形態においては、径方向のチルト又は接線方向のチルトのいずれかのみを検出するために、一次元の位置を検知するデバイスを、二次元の位置を検知するデバイス２４の代わりに、使用してもよい。あるいは、さらに、径方向のディスクのチルト及び接線方向のディスクのチルトの両方を別個に検出するために、以下に記載するような、二つの一次元の検出器を、二組みの再方向付けの構造と一緒に、使用してもよい。

この実施形態においては、再方向付けの構造２６は、図３及び４に示すように、対物レンズ１０の前側の表面２５、すなわち、放射源２に最も近い表面上に設けられる。この構造を、ディスク１２の情報層を走査するために使用される開口の内側及び外側の両方に、レンズの任意の場所に位置させることができる。図３に示すように、好適な場所は、再方向付けられたビームの部分が、主要な走査スポットの場所でディスクのチルトを測定することになるので、レンズ１０の中央にある。この実施形態においては、対物の後側の表面２７は、平面である。

再方向付けの構造２６は、二つの斜めの平坦なエリアＡ及びＢを含み、それらの各々は、図３及び４に示すように、周囲のレンズの表面に関して傾斜させられる。この実施形態においては、両方のエリアは、角度ｉで傾斜させられる。代替の実施形態においては、それら表面が、異なる角度で傾斜させられる。さらなる実施形態においては、表面Ｂは、傾斜させられない。その代わりとして、戻りのビームの部分は、対物の前側の表面２５の実質的に平坦な部分を通過することもある。エリアＡに入射する、光線Ｒ_Ｉによって表される、コリメートされたビームの部分は、斜めの表面Ａによってレンズ１０の光軸２８に平行に伝わるとき、再方向付けられると共に、ディスクによって反射され、それに続いて、そのビームの部分は、再度、光線Ｒ_Ｒによって表されるように、斜めの表面Ｂによって再方向付けられる。ディスクは、検出器の表面に対する位置付けにおいて等価な平面に対してチルトδを有する。それらの光線は、それらが、図３に示すように再方向付けられると共に反射されるとき、角度ｉ、ｏ’、ｉ’、ｏ、ｐ、ｑ、ｊ及びｋをなす。反射された光線Ｒ_Ｒの光軸２８に対する角度ｋは、次の

のようなものである。

上式において、小さい角度の近似が、使用され、ｎは、対物レンズ１０の本体の屈折率である。検出器の平面におけるコリメータによって集束させられるスポットの位置ｘは、角度δが、ｘが測定される方向と等価な方向で測定されるとき、

であり、ここで、ｆは、コリメータ及びサーボレンズの組み合わせの焦点距離である。このように、反射されたスポットのチルトのない位置を、斜めの平坦なエリアＡ及びＢのチルトの角度ｉを適切に選択することによって、選択することができると共に、ディスクのチルトδに依存して変動させる。位置検出器２６の中心は、おおよそ２ｆ（ｎ−１）ｉの値だけ、検出器の平面内で、象限検出器１８の中心から間隔を空けられる。再方向付けられたビームの部分１７のスポットが、傾けられてないディスクの部分を走査しているとき、検出器２４の中心に届くように、斜めのエリアＡ及びＢを、位置検出器に関して配置するように、製造中に要求される整列は、対物レンズ１０の位置付けにのみ存在する。

図３に示す角度が、概略的なものであると共に、例示の目的で誇張されることに留意すること。再方向付けられ且つ反射されたビームの部分１７が、そのビームのコリメートされた部分における光軸となす角度ｋは、再方向付けられたビームの部分１７が、図１に示す構成部品の各々を通過すると共に、主要なビームの部分に関して再方向付けられるように、十分に小さいものである、一般に０＜ｉ＜１０°の領域にあるべきである。その角度は、検出系１６のそれぞれの異なる検出器の素子上への、再方向付けられたビームの部分及び主要なビームの部分を分離するために、十分であるべきである。斜めのエリアＡに入射する放射は、角度γで検出器へ逆戻りに反射されると共に、検出器の表面上の軸に沿ったそれの位置は、ｘである。対物レンズ１０の本体に例として屈折率ｎ＝１．７６８を例として挙げると、ｉ＝５４．３ミリラジアンであると共に、コリメータ及び検出器のレンズの組み合わせについての１２ｍｍの焦点距離で、ｘの位置は、

によって与えられる。

δ＝±２°（＝±３５ミリラジアン）の最大のディスクのチルトを仮定すると、最小及び最大のｘの位置は、０．１６ｍｍ及び１．８４ｍｍである。そのシフトを、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｓ７８４８検出器のような検出系において、位置検知型の検出器で測定することができる。大体３０μｍの典型的な位置の誤差で、±０．１°未満の、チルトの角度の測定の確度を、達成することができる。

好ましくは、再方向付けの構造２６は、主要なビームの部分の開口の断面積の５％未満を形成する。この例において、Ａｎｔｅｒｙｏｎ ＡＯ４６０の対物レンズのタイプは、対物レンズ１０用の基盤として使用される。対物レンズの瞳の総面積は、１０．０７ｍｍ^２である。中央の構造の面積は、例えば、０．２５ｍｍ^２であり、よって、走査する放射ビームの２．５％、すなわち５％未満が、ディスク１２の情報層上でスポットに集束されずに、ディスクのチルトの測定に使用される。これは、許容可能な公差内であるが、主要なビームのスポットの形状に影響を及ぼす。

第一の実施形態と同様な素子に１００ごとに増すことを除いて同じ符号が与えられる、本発明のさらなる実施形態を、図５及び６に示す。

この実施形態において、代替の再方向付けの構造１２６が、使用されるが、その構造は、二つの小さい傾斜させられた平面の表面Ｃ及びＤからなり、それらの平面の表面は、レンズの平面の後部の表面１２７に関して角度α及びβで傾斜させられ、その後部の表面は、レンズの光軸に対して垂直な平面である。Ｒ_１によって表される、一つの入射ビームの部分は、再方向付けられると共にディスクで反射し、Ｒ_２によって表される、別の入射ビームの部分は、レンズの表面で反射する。角度α及びβは、好ましくは、対物レンズ及びディスクが、平行であるとき、再方向付けられ且つ反射された光線Ｒ_１、Ｒ_２が、重なり合うように、選択される。この条件は、次の

のようなものである。

小さい角度の近似を使用する場合には、ｎは、通過する放射についての対物レンズ１１０の屈折率である。対物及びディスクが、同じ角度で傾けられるとき、光線Ｒ_１及びＲ_２によって表されるビームの部分は、検出器に向かって伝わるとき、絶対値のチルトの角度が小さいままであるとの条件で、絶対値のチルトの角度と無関係に、重なり合う。例えばα＝１．４°及びｎ＝１．５を例として挙げることは、β＝７．０°を与える。小さい角度の近似を考慮すると、光線Ｒ_２によって表される、対物レンズの表面で反射されるビームの部分と、光線Ｒ_１によって表される、ディスクで再方向付けられると共に反射されるビームの部分との間の角度は、２δである。

検出器２４における光線Ｒ_１及びＲ_２によって表される二つのビームの部分の位置の信号は、検出系と関連した信号処理系で識別される。一つの実施形態において、識別は、ディスクと対物レンズとの間に放射の強度の変調器を置くことによって光線Ｒ_１によって再方向付けられたビームの部分を変調することによって、提供される。そして、復調によって、それら検出器の信号を、識別することができる。あるいは、ＣＤと互換性のあるＤＶＤ再生機において利用可能である付加的なＣＤのレーザーのような、例えば異なる波長の、異なる源を、反射されたビームを生じさせる放射ビームを生じさせるために、使用してもよい。主要なビームの源と無関係に、この源のスイッチを入れたり切ったりすることができると共に、検出器の信号への寄与を、このように識別することができる。

図６は、光線を分離するために必要とされる、対物レンズの表面１２５の残りにおける反射防止膜１３０及び再方向付けの構造における反射増加膜１３２の使用を示す。反射増加膜１３２が、ＤＶＤの波長に対して高度に透過性であると共にＣＤの波長に対して高度に反射性である一方で、反射防止膜１３０は、ＣＤの波長（例えば、７８０ｎｍ）及びＤＶＤの波長（例えば、６６０ｎｍ）の両方に対して高度に透過性である。光線Ｒ_１によって表されるビームの部分が形成される放射ビームは、ＤＶＤのレーザーによって放出されると共に、光線Ｒ_２によって表されるビームの部分が形成される放射ビームは、ＣＤのレーザーによって放出される。ＣＤのレーザーのスイッチを切るとき、検出器からの信号は、ディスク１１２で再方向付けられると共に反射を受けるＤＶＤのビームの部分と対応する。ＣＤのレーザーのスイッチを入れた後、第二の検出器の信号は、それぞれディスク及び対物レンズで反射を受けるビームの部分の両方と対応する。第一の測定において得られる検出器の信号を減することは、ＣＤのレーザービームの部分によって発生させられる信号を生ずる。このように、それぞれディスクのチルト及び対物のチルトに対応する、検出器２４におけるＤＶＤのレーザーのスポット及びＣＤのレーザーのスポットの位置の両方を、算出することができる。ＣＤのレーザーの断続的なスイッチの切り替えによって、それぞれのチルトを、動的に測定することができる。

あるいは、同様の識別の効果を、反対に、ＣＤの波長に対して高度に透過性であると共にＤＶＤの波長に対して高度に反射性である反射増加膜１３２を使用すると共に再度断続的にＣＤのレーザーのスイッチを入れたり切ったりすることによって、達成することができる。

この実施形態におけるチルトの角度の測定の感度は、第一の実施形態におけるものと同じである、すなわち、±２°のディスクのチルトを、０．０７の確度で測定することができる。

本発明の利点は、それを、対物レンズのチルトを制御する三次元の機械的なアクチュエータに組み込むことができることである。図３及び４に示す、第一の実施形態においては、その機械的なアクチュエータの異なる駆動信号で対物レンズ１０のチルトを、較正することができると共に、検出されるディスクに対する適切な駆動信号を、ディスクのチルトを動的に補償するために、使用することができる。

図５及び６に示す第二の実施形態においては、ディスクのチルトを、図７に概略的に説明するようなサーボループを使用して、補償することができる。一度、ディスクのチルトの信号の発生器１４０及び対物のチルトの信号の発生器１４２によって概略的に表されるような信号処理系に、ディスクのチルトの信号及び対物のチルトの信号を、発生させておくと、対物のアクチュエータ１４４を制御するために使用される、対物のアクチュエータの制御信号を導出するために、二つの信号を、差し引くことができる。このような方法で、対物のチルトを、ディスクのチルトにおおよそ等しくすることができる。絶対値の対物のチルトの制御信号は、必ずしも必要ではない。

図８は、ディスクのチルトの関数として最適な補償の対物のチルトを示す。その関数は、１よりわずかに小さい傾きに実質的には線形である。対応する平方自乗平均（ＲＭＳ）の収差を、計算しておくと共に、以下の表１に挙げる。傾きを１に近似すること、例えば、最後の列におけるように、ディスクのチルト及び対物のチルトが、等しいと仮定することは、最適なチルトの補償に帰着しないが、それでも、ＲＭＳの収差は、実質的に減少させられると共に、最適な場合におけるよりもざっと２５％高い。３０ｍλのＲＭＳの収差を備えた製造された対物レンズを仮定すると、最大の許容可能な波面収差が、大体７０ｍλであるので、最大の許容可能なディスクのチルトは、この例においては、±１°であり、その７０ｍλは、対物の収差及び１°のディスクのチルトによる収差を考慮すると共に、表１の最後の列に示すように、ディスクのチルト（ｔｉｌｔ_ｄｉｓｋ）が、等しい対物レンズのチルト（ｔｉｌｔ_ｏｂｊ）によって補償される際の、合計のＲＭＳに対応する。

表１

上述の実施形態において、斜めのエリアＡ、Ｂ及びＣ、Ｄは、対物レンズ１０の前側の表面にある。あるいは、それらを、また、後側の表面に又は対物レンズ系の異なる表面に、位置させることができる。任意の選ばれた配置において、ビームの再方向付けられた部分を、ディスクの情報面上に集束させられる主要なビームと違って、記録担体の表面上に集束させるべきではない。斜めのエリアＡ及びＢの他にも、その構造を所持する表面は、光軸に対して必ずしも垂直である必要はない。しかしながら、それは、好ましくは平面のものであると共に、他の配向が、選択されるとすれば、上述した配向の角度は、異なることになる。

上記の実施形態において、光走査デバイスが、ＤＶＤのデバイスである一方で、本発明を、ディスクのチルトが問題のある特徴である全ての光ディスクの駆動装置に使用することができることは、理解されるはずである。さらに、第二の実施形態において、第二の源が、ＣＤのレーザー源である一方で、他のタイプの第二の放射源を使用してもよい。

上記の第二の実施形態において、単一の検出器が、ビームの再方向付けられた部分及び反射された部分の両方を検出するために、使用される。あるいは、二つの別個の位置検知型の検出器を、各々の部分を別個に検出するために、使用してもよいと共に、二つの部分を、それぞれ、再方向付けの構造の部分の傾斜を適切に配置することによって、分離してもよい。

上記の実施形態は、本発明の説明のための例として理解されるものである。本発明のさらなる実施形態が、予見される。いずれか一つの実施形態に関係して記載された任意の特徴を、単独で又は記載した他の特徴との組み合わせで使用してもよいと共に、また、任意の他の実施形態の一つ以上の特徴との組み合わせ又は任意の他の実施形態の任意の組み合わせで使用してもよいことは、理解されることである。さらに、上述してない均等物及び変更物もまた、添付する特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、用いてもよい。

本発明の実施形態による光走査デバイスの概略の側面図である。 本発明の実施形態によって配置された検出系の平面図である。 本発明の実施形態によってディスクに関係して配置された対物レンズの概略の断面図である。 図３に示した対物レンズの表面の一部分の平面図である。 本発明のさらなる実施形態において光ディスクに関係して配置された対物レンズの概略の断面図である。 図５に示した対物レンズの一部分の断面図である。 本発明の実施形態に使用される信号処理素子の概略図である。 ディスクのチルトと本発明の実施形態に使用される最適な対物のチルトとの関係を示すグラフである。

Claims (15)

1. 放射ビームを使用して光記録担体を走査する光走査デバイスであって、
   当該デバイスは、
   該放射ビームを、該記録担体における情報層においてスポットに集束させる光学系、並びに、
   放射ビームの主要な部分からの放射を該記録担体における該主要な部分の反射後に受けるように及び情報信号を検出するように配置される情報信号検出器を含む検出系
   を含み、
   該光学系は、該記録担体に向かって伝わるとき、放射ビームの一部分を、該放射ビームの主要な部分とは異なって再方向付けて、該再方向付けられたビームの部分が、該主要なビームの部分によってたどられる経路のものと異なる経路をたどるように配置される再方向付けの構造を含み、
   該検出系は、該再方向付けられたビームの部分の位置を検出する位置検知型の検出器を含む、光走査デバイス。
2. 前記再方向付けの構造は、屈折の再方向付けの部分を含む、請求項１に記載の光走査デバイス。
3. 前記再方向付けの構造は、実質的に平坦な表面の部分を含む、請求項２に記載の光走査デバイス。
4. 前記再方向付けの構造は、前記光学系における対物レンズ系の部分として形成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
5. 前記再方向付けの構造は、レンズ素子の表面に形成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
6. 前記再方向付けの構造は、前記レンズ素子の表面に非回転対称の変形物として配置される、請求項５に記載の光走査デバイス。
7. 前記再方向付けの構造は、周囲のレンズの表面に関して傾斜させられる表面の部分を含む、請求項５又は６に記載の光走査デバイス。
8. 前記再方向付けの構造は、放射ビームの断面積の５％未満を被覆するように配置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
9. 前記再方向付けの構造は、前記ビームの部分を、前記記録担体に向かって伝わるとき、再方向付ける第一の部分、及び、前記記録担体からの反射後に前記ビームの部分を再方向付ける第二の部分を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
10. 前記光学系は、放射ビームの一部分を反射して、該反射されたビームの部分が、該放射ビームの主要なビームの部分によってたどられる経路とは異なる経路をたどるように配置される反射部分を含み、
    前記光学系は、該反射された部分の一部分を検出する位置検知型の検出器を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
11. 前記第二の部分及び前記反射部分は、単一の構造要素として形成される、請求項９又は１０に記載の光走査デバイス。
12. 前記第一及び第二の部分のそれぞれの傾斜角α及びβは、次の
    

    

    のようなものであり、
    ｎは、前記再方向付けの構造の屈折率である、請求項１１に記載の光走査デバイス。
13. 前記検出系は、前記再方向付けられたビームの部分及び前記反射されたビームの部分の両方を検出する単一の位置検知型の検出器を含む、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
14. 第一の波長の第一の放射ビームを発生させる第一の放射源及び異なる第二の波長の第二の放射ビームを発生させる第二の放射源を含み、
    前記屈折率は、前記第一の及び第二の波長の一つに関係して選択的に反射性である、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の光走査デバイス。
15. 前記第二のビームを発生させる前記放射源は、前記再方向付けられたビームの部分及び前記反射されたビームの部分の相対強度を変動させるために、強度において選択的に変更されるように配置される、請求項１４に記載の光走査デバイス。

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