JP2006506766A

JP2006506766A - 光フィルタを含む走査装置

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Publication number: JP2006506766A
Application number: JP2004552947A
Authority: JP
Inventors: ロベルトエフエムヘンドリクス; ヨハンネスジェイエイチビースヒレイペン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2006-02-23
Also published as: TW200418009A; CN1714394A; KR20050074633A; EP1565910A1; WO2004047092A1; AU2003274483A1; US20060072422A1

Abstract

光記録担体（２；１０２）の情報層（４）を走査するための光走査装置（１；１００）。前記装置は、放射ビーム（１２、１５、２０；１１２、１１５、１２０）を生成する放射源（１１；１１１）、前記放射ビームを情報層（４）に集束させるための対物レンズ系（１８；１１８）、及び前記放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタ（２００）を有する。前記フィルタは光軸（１１９）を持ち、閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体（２０６）を有する。前記閾値よりも低い強度の入射放射ビームについては、前記吸収体の吸収は、前記軸からの距離とともに減少する。

Description

本発明は、光記録担体を走査するための光走査装置、かような走査装置における放射ビームの強度プロファイルを調節するため（これに限定するものではない）に適した光フィルタ、かような装置及びかようなフィルタを製造するための方法、並びにかようなフィルタを利用して放射ビームの強度プロファイルを調節するための方法に関する。

光記憶装置においては、読み取りと書き込みとは、記録担体を走査するために利用される放射スポットに対して異なる要件を課す。光記録担体の例は、ＣＤ（Compact Disc）及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）を含む。

前記担体から情報を読み取る場合には、前記放射スポットのサイズが、読み取り可能なマークのサイズを決定する。それ故、高い情報密度を持つ担体上の小さなマークのサイズを読み取ることを可能とするために、スポットのサイズは小さいことが望ましい。

担体に情報を書き込む場合には、前記放射スポットのサイズはそれ程重要ではない。それよりむしろ、放射源から情報担体への光路が効率的であること（即ち損失が少ないこと）が望ましい。このことは、特に携帯型の用途には重大な要素である、前記放射源のパワー消費を削減する。更に、放射源は典型的にはレーザである。前記レーザと前記記録担体との間の光路が効率的である場合には、レーザの寿命も増大する。なぜなら、前記レーザが、前記記録担体へ入射する望ましい放射強度を生成するために、低い駆動電流で動作することができるからである。

読み取りのための小さなスポットサイズを得るために、対物レンズ系に入射する光ビームの強度分布は比較的平坦であることが望ましい。換言すれば、読み取りのためには、前記放射ビームは高いリム強度を持つことが望ましい（リム強度は、光軸に沿った強度に比した、対物レンズ系の縁におけるビームの相対強度である）。

図１は、半径ｒの放射ビームの幅に渡る、典型的な光強度分布を示す。最も高い光強度Ｉ_ｍａｘは前記ビームの中央に（即ち典型的な走査装置における光軸に沿って）あり、前記ビームの中央からの距離と共に比較的急に降下することが分かる。前記ビームのリム強度は、該ビームの中央部の透過を低下させるように該ビーム中に吸収空間フィルタを配置することにより、読み取り用途のために増大させられ得る。しかしながら、かようなフィルタは光路全体の効率を減少させ、かようなフィルタの利用を書き込み用途のためには望ましくないものとする。

本発明の実施例の目的は、ここに言及されたものか否かにかかわらず、少なくとも１つの先行技術の問題に対処するために適した光フィルタを提供することにある。

本発明の実施例の目的は、読み取り放射ビームについては高いリム強度を提供しつつ、書き込み放射ビームの低い吸収を提供するために適した光フィルタを提供することにある。くぁ

第１の態様において、本発明は、光記録担体の情報層を走査する光走査装置であって、前記装置は、放射ビームを生成する放射源と、前記放射ビームを前記情報層に集束させる対物レンズ系と、前記放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタとを有し、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体の吸収は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記軸からの距離とともに減少する光走査装置を提供する。

かようなフィルタを利用することにより、読み取り放射ビームのリム強度（前記閾値よりも小さな強度において）が増大させられる。更に、前記閾値よりも高い強度で書き込み放射ビームが供給された場合には、前記吸収体が飽和し、前記フィルタが比較的低い損失の光透過路となる。当該フィルタは、対物レンズ系の前に配置されても、対物レンズ系の後に配置されても良い。後に配置される場合には、前記フィルタは好ましくは、前記対物レンズ系の後の非常に小さな距離に配置される。

他の態様において、本発明は、放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタであって、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記光軸からの距離とともに減少する吸収を持つ光フィルタを提供する。

更なる態様において、本発明は、放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタを製造する方法であって、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記光軸からの距離とともに減少する吸収を持ち、前記方法は、透明な基板上に可飽和吸収体の不均一な層を形成するステップを有する方法を提供する。

他の態様において、本発明は、光記録担体の情報層を走査する光走査装置を製造する方法であって、前記方法は、放射ビームを生成する放射源を提供するステップと、前記放射ビームを前記情報層に集束させるためのレンズ系を提供するステップと、前記放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタを提供するステップとを有し、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体の吸収は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記軸からの距離とともに減少する方法を提供する。

他の態様において、本発明は、フィルタを利用して放射ビームの強度プロファイルを調節する方法であって、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記光軸からの距離とともに減少する吸収を持つ方法を提供する。

本発明の他の態様は、従属請求項より明らかとなるであろう。

本発明のより良い理解のため、及び本発明の実施例がどのように実施されるかを示すため、例として添付する図への参照が為される。

図２は、本発明の実施例による、光記録担体１０２を走査するための装置１００を示す。前記装置は、本例においてはレーザである、放射源１１１を有する。前記放射源は、少なくとも２つのレベルの強度で放射ビームを出力するように構成される。

第１のレベルの強度は、記録担体１０２の表面に最終的に入射するときに、前記記録担体から情報を読み取るために十分な強度である。典型的には、当該強度は約８ｍＷ／ｃｍ^２の平行ビーム強度（瞳強度）に相当する。

より高い第２の強度は、適切な記録担体に入射するときに、前記記録担体に情報を書き込むために適切な強度である。典型的には当該強度は、４０ｍＷの書き込みパワーに相当し、４ｍｍの直径を持つ平行ビームにおいて、約８０ｍＷ／ｃｍ^２の瞳強度を与える（読み取り強度よりも約１０倍高い）。これらの異なる強度のビームは、同一の波長のものであっても良いし、異なる波長のものであっても良い。

放射源１１１は、コリメータレンズ１１４に向けて放射ビーム１１２を発し、コリメータレンズ１１４は発散するビーム１１２を平行ビーム１１５に変換する。平行ビーム１１５は、対物レンズ系１１８に入射する。対物レンズ系１１８は、ビーム１１５を記録担体１０２に入射する集束ビーム１２０に変化させる。

担体１０２の表面から反射された放射ビームの光路にビームスプリッタ１１３が存在し、反射ビームの一部を検出器へと向ける。

装置１００は更に、光フィルタ２００を有する。好ましくは、光フィルタ２００は、平行ビーム１１５の光路に存在する。好ましくは、光フィルタ２００は、担体１０２の表面から反射されたビームの光路には存在せず、即ち本例の装置においては、フィルタ２００は好ましくは、コリメータレンズ１１４とビームスプリッタ１１３との間に存在する。

図３は、図２のフィルタ２００のより詳細な図を示す。フィルタ２００は光軸１１９を持ち、図２に示された装置において、光軸１１９は前記対物レンズ系の光軸にも対応する。

フィルタ２００は可飽和吸収体２０６を有し、可飽和吸収体２０６の吸収が、一般に飽和強度と呼ばれる入射放射強度の所定の閾値において飽和するように構成される。前記吸収体は、前記吸収体の飽和強度が、（前記フィルタに入射するときの）読み取り強度と書き込み強度との間に存するように選択される。例えば、約８ｍＷ／ｃｍ^２の平行（瞳）読み取り強度、及び約８０ｍＷ／ｃｍ^２の書き込み瞳強度に対しては、前記飽和強度は１０乃至５０ｍＷ／ｃｍ^２のオーダーにあるべきである。前記飽和強度を超えると、前記可飽和吸収体の透過率は入射放射強度が高くなるにつれて増大する。

本例においては、前記吸収体の堅固な支持を提供するために、前記可飽和吸収体は、透明な基板上の層として形成される。前記吸収体は、平行放射ビーム１１５において空間フィルタとして利用される。書き込みよりも読み取りのために高いリム強度を持つように、前記可飽和吸収体は主に前記ビームの中央に配置される。前記可飽和吸収体の厚さが、読み取りビームについての強度分布を決定し、従って吸収層の厚さが（ビーム径即ち光軸からの距離の関数として）前記光軸から離れると減少し、該層は前記光軸において最も厚い。

書き込みビームは前記飽和強度よりも高い強度を持つため、前記可飽和吸収体による前記ビームの吸収は低下させられ、光路の効率が増大する。その結果前記フィルタは、前記放射ビームの強度プロファイルの調節を可能とし、それにより読み取りについては高いリム強度を提供しつつ、書き込みビームについては効率的な透過光路を提供する。前記フィルタは積極的な制御を必要とせず、単に読み取りビームと書き込みビームとの間の強度変化によって切り換えられる。

本例においては、前記フィルタが書き込みビームの均一な吸収を提供することが望ましい。従って、通常の吸収体（該吸収体の吸収強度は、少なくとも前記書き込みビームの強度までは強度に依存しない）が前記光軸のまわりに延在する環（２０４ａ、２０４ｂ）に備えられ、本例においては可飽和吸収体２０６の円形の層の周辺部にオーバラップする。前記可飽和吸収体及び前記通常の吸収体の空間分布は、吸収プロファイル全体が書き込みビームの強度について均一となり、読み取りビームについては望ましい高いリム強度を可能とするようなものである。

図４Ａ、４Ｂ、５Ａ及び５Ｂは、光フィルタの吸収率の性能（図４Ａ及び５Ａ）と、当該性能が放射ビームプロファイルの変化にどのように関連するか（図４Ｂ及び５Ｂ）を示す。これらの図はビーム半径即ち前記フィルタの光軸１１９からのビームの距離の関数としてプロットされ、全体のビーム幅２ｒを仮定している。

図４Ａ及び４Ｂは読み取りビームに関し、一方図５Ａ及び５Ｂは書き込みビームに関する。図４Ｂ及び５Ｂにおいては、前記フィルタに入射するビームのプロファイルは点線で示され、前記フィルタによって通過させられるビームのプロファイルが実線で示される。図４Ｂに示される入射ビームの最大ビーム強度（Ｉ_ｍａｘ）は、図５Ｂに示される書き込みビームの最大入射ビーム強度よりも１０倍小さいことは留意されるべきである。

図から分かるように、読み取りのために適切な、即ち前記飽和閾値よりも低い強度のビームが前記フィルタに入射した場合、前記フィルタの吸収は不均一であり、前記光軸に沿って最大で、前記光軸からの距離が増大するにつれて減少する。かくして入射ビームが不均一に減衰され、それにより前記フィルタは比較的平坦なビームの光強度プロファイル、即ち読み取りに望ましいような高いリム強度を持つビームを透過させる。

図５Ａに示されるように、書き込みビームの強度においては、前記フィルタの吸収率は半径に対して略均一である。その結果、低いリム強度が透過した放射ビームによって維持される。更に、書き込みビームは前記飽和閾値よりも高い強度を持つため、全体のビーム吸収率は比較的低く、それにより入射放射信号の大部分が前記フィルタによって通過させられる。

上述の実施例は例としてのみ提供され、種々の他の実施例が本発明の範囲内のものとして理解されるであろうことは認識されるであろう。

例えば、上述の実施例においては、前記フィルタは通常の吸収体の層を持つものとして説明された。とりわけ書き込みビームによって不均一な吸収が許容される場合には、かような通常の吸収体は前記フィルタから省かれても良い。

同様に、好適な実施例において、前記可飽和吸収体層の厚さは不均一なものとして説明された。しかしながら、本発明の代替実施例は、均一な厚さの可飽和吸収体層であるが、該層内の可飽和吸収体の密度が半径の関数として変化する、即ち前記光軸に沿って最も密で該軸からの距離が増大するにつれて密度が減少する層内の可飽和吸収体を利用する。

（図１、４Ａ、４Ｂ、５Ａ及び５Ｂに示されたような）図示されたビームプロファイルは単に例であり、当業者は他の実施例の実際の正確なプロファイルは異なった形をとり得ることを認識するであろう。更に、ビーム強度もまた例としてのみ提供されたものであり、他の実施例においてはかなり異なり得る。例えば、読み取りビーム瞳強度は１ｍＷ／ｃｍ^２、書き込みビーム強度は１０ｍＷ／ｃｍ^２であっても良い。

可飽和吸収体としての利用のために種々の材料が当業者には明らかであり、本発明によるフィルタにおいて利用されることができる。

例えば、色素における可飽和吸収は、非常に低い飽和強度を持つ。かような色素における飽和は、光励起に続いて、比較的長い寿命を持つ最も低い三重項エネルギー状態へと分子が励起されるという事実による。分子が三重項状態にある場合、該分子は入射放射を更に吸収することはできず、それ故光学的に透明となる。その結果、色素における飽和強度は典型的に、大多数の分子が三重項状態にある場合に到達される。色素の飽和強度は、各分子の吸収断面積と三重項の寿命とに依存し、１５ｍＷ／ｃｍ^２まで低くなり得る。

代替として、例えばスパッタリング又はエピタキシャル成長によって形成された量子ドットの形で、半導体が可飽和吸収体として実装されても良い。半導体吸収体における飽和は、電子分布が励起状態にある状態、又は不純物がトラップとして働く状態（かくして該状態の寿命を増大させる）に対応する。かような電子状態の寿命は一般に、色素の三重項の寿命よりも短く、従って飽和強度はより高い。

吸収体を飽和させるために利用される絶対放射強度と同様に、高い入射強度のビームによって引き起こされる物質中の温度上昇が吸収の低下を引き起こす、サーモクロミック（thermo-chromic）効果が起こる物質が利用されることができる。かような物質は例えば、M.Hatakeyamaらによる論文「Super-resolution rewritable optical disk having a mask layer composed of thermo-chromic organic dye」（Jpn. J. Appl. Phys.、Vol. 39 (2000) 752-755頁）に記載されている。

上述の実施例はビーム経路における１つの特定の位置において光フィルタを組み込む走査装置を説明したが、前記フィルタは勿論ビーム経路における他の位置に配置されても良く、それどころか図２に示された装置とは異なって構成された光装置内に配置されても良いことは理解されよう。

図６は、本発明の実施例による光フィルタが配置されることができる２つの選択可能な位置Ａ及びＢを含む、光記録担体２を走査する装置１を示す。前記記録担体は、透明な層３を有し、透明な層３の一方の側に情報層４が配置される。前記透明な層と反対側の前記情報層の側面は、保護層５によって周囲の影響から保護される。前記装置に面する前記透明な層の側面は、入射面６と呼ばれる。透明な層３は、前記情報層のための力学的な支持を提供することにより、前記記録担体のための基板として働く。

代替として、前記透明な層は前記情報層を保護する機能のみを持ち、力学的な支持は、例えば保護層５によって又は更なる情報層及び情報層４に接続された透明な層によってのように、前記情報層の他方の側における層によって提供されても良い。情報は、略平行な同心円又は螺旋のトラック（図示されていない）に配置される光検出可能なマークの形で、前記記録担体の情報層４に保存されても良い。前記マークは、例えばピット、周囲と異なる反射率若しくは磁化の方向を持つエリア、又はこれらの形態の組み合わせのような、いずれの光検出可能な形態であっても良い。

走査装置１は、放射ビーム１２を発することができる放射源１１を有する。前記放射源は半導体レーザであっても良い。ビームスプリッタ１３が、発散する放射ビーム１２をコリメータレンズ１４に向けて反射し、コリメータレンズ１４が発散するビーム１２を平行ビーム１５に変換する。平行ビーム１５は、対物レンズ系１８に入射する。

前記対物レンズ系は、１以上のレンズ及び／又は格子を有しても良い。対物レンズ系１８は光軸１９を持つ。対物レンズ系１８は、ビーム１５を、記録担体２の入射面６に入射する集束するビーム２０に変化させる。前記対物レンズ系は、透明な層３の厚みを通る放射ビームの通過に対して適合させられた球面収差補正を持つ。集束するビーム２０は情報層４にスポット２１を形成する。情報層４によって反射させられた放射は発散するビーム２２を形成し、発散するビーム２２は対物レンズ系１８によって略平行なビーム２３に変換され、次いでコリメータレンズ１４によって集束するビーム２４に変換される。ビームスプリッタ１３は、集束するビーム２４の少なくとも一部を検出システム２５に向けて透過することにより、順方向ビームと反射ビームとを分離する。前記検出システムは前記放射を捕捉し、該放射を電気出力信号２６に変換する。信号プロセッサ２７は、これらの出力信号を種々の他の信号へと変換する。

前記信号のうちの１つは情報信号２８であり、情報信号２８の値が情報層４から読み取られた情報を表す。前記情報信号は、エラー訂正のための情報処理ユニット２９によって処理される。前記信号プロセッサ２７からの他の信号は、フォーカスエラー信号及びラジアルエラー信号３０である。前記フォーカスエラー信号は、スポット２１と情報層４との間の、軸方向の高さの差を表す。前記ラジアルエラー信号は、スポット２１と、該スポットによって追従されるべき前記情報層におけるトラックの中心との間の、情報層４の面における距離を表す。

前記フォーカスエラー信号及びラジアルエラー信号はサーボ回路３１に供給され、サーボ回路３１は、これらの信号を、それぞれフォーカスアクチュエータ及びラジアルアクチュエータを制御するためのサーボ制御信号３２へと変換する。これらのアクチュエータは図示されていない。前記フォーカスアクチュエータは、フォーカス方向３３における対物レンズ系１８の位置を制御し、これによりスポット２１が情報層４の面と略一致するようにスポット２１の軸方向の位置を制御する。前記ラジアルアクチュエータは、径方向３４における対物レンズ１８の位置を制御し、これによりスポット２１が情報層４における追従されるべきトラックの中心線に略一致するようにスポット２１の径方向の位置を制御する。図におけるトラックは、図の面と垂直な方向に走っている。

図２の装置は、記録担体２よりも厚い透明な層を持つ第２のタイプの記録担体をも走査するように構成されても良い。前記装置は、放射ビーム１２、又は前記第２のタイプの記録担体を走査するための別の波長を持つ放射ビームを利用しても良い。当該放射ビームのＮＡは、記録担体のタイプに適合させられても良い。前記対物レンズ系の球面収差補正が、それに従って適合させられる必要がある。

上述の例を鑑み、本発明の実施例は、読み取りのために適切な高いリム強度の放射ビームを提供する光フィルタを提供するために利用されることができ、一方で前記フィルタはより高い強度の書き込みビームについては比較的効率的な光路を提供することが理解されるであろう。更に、前記可飽和吸収体はパッシブな光学素子であるため、本発明の実施例は前記フィルタの積極的な制御を必要とされない。

放射ビームの断面に渡る光強度プロファイルを示す。本発明の実施例による光フィルタを含む光記録担体を走査する装置を示す。本発明の実施例による光フィルタを示す。飽和閾値より低い放射ビーム強度について、放射ビームの幅に渡る光フィルタの吸収率を示す。飽和閾値より低い入射ビーム強度において、放射ビームの幅に渡る、フィルタに入射するビーム（点線）及びフィルタを通過するビーム（実線）についての光強度を示す。飽和閾値より高い放射ビーム強度について、放射ビームの幅に渡る光フィルタの吸収率を示す。飽和閾値より高い入射ビーム強度において、放射ビームの幅に渡る、フィルタに入射するビーム（点線）及びフィルタを通過するビーム（実線）についての光強度を示す。本発明の実施例による光フィルタを配置するための２つのとり得る位置を示す、光記録担体を走査する装置を示す図である。

Claims

光記録担体の情報層を走査する光走査装置であって、前記装置は、放射ビームを生成する放射源と、前記放射ビームを前記情報層に集束させる対物レンズ系と、前記放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタとを有し、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体の吸収は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記軸からの距離とともに減少する光走査装置。
前記可飽和吸収体は、前記光軸に略垂直に延在する層に形成される、請求項１に記載の装置。
前記層は不均一な厚さのものであり、前記層の厚さは、前記光軸からの距離とともに減少する、請求項２に記載の装置。
前記放射源は、前記光記録担体から情報を読み取るためには、前記閾値より低い第１の強度の放射ビームを生成し、前記光記録担体に情報を書き込むためには、前記閾値よりも高い第２の強度の放射ビームを生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
前記光フィルタは、前記閾値よりも高い少なくとも１つの入射放射強度において、略均一な吸収プロファイルを持つように構成される、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つのビーム強度は、前記光記録担体に情報を書き込むために適した放射ビームの強度に相当する、請求項５に記載の装置。
前記フィルタは更に、前記少なくとも１つの強度において飽和させられない吸収体の層を有する、請求項５に記載の装置。
放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタであって、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記光軸からの距離とともに減少する吸収を持つ光フィルタ。
放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタを製造する方法であって、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記光軸からの距離とともに減少する吸収を持ち、前記方法は、
透明な基板上に可飽和吸収体の不均一な層を形成するステップを有する方法。
前記層は、厚さ及び密度のうちの少なくとも一方が不均一である、請求項９に記載の方法。
光記録担体の情報層を走査する光走査装置を製造する方法であって、前記方法は、
放射ビームを生成する放射源を提供するステップと、
前記放射ビームを前記情報層に集束させるためのレンズ系を提供するステップと、
前記放射ビームの強度プロファイルを調節するための光フィルタを提供するステップと、
を有し、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体の吸収は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記軸からの距離とともに減少する方法。
フィルタを利用して放射ビームの強度プロファイルを調節する方法であって、前記フィルタは光軸を持ち、前記フィルタは閾値入射放射強度において飽和する吸収を持つ可飽和吸収体を有し、前記吸収体は、前記閾値より低い強度の入射放射ビームについては、前記光軸からの距離とともに減少する吸収を持つ方法。