JP2007503664A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、情報担体の第１情報層（１１１）を第１モードで及び情報担体の第２情報層（１１２）を第２モードで走査するための光走査装置に関する。その光走査装置は、放射線ビーム（１０２）を発生させるための放射線源（１０１）と、情報層に入射ビームをフォーカシングするための対物レンズ系（１０５）と、放射線ビームを第１モードで発散入射ビームに及び第２モードで収束入射ビームに変換するための、放射線源と対物レンズ系との間に備えられた光学要素（１０３）とを有する。

Description

本発明は、多層情報担体を走査するための光走査装置に関する。

本発明は、特に、例えば、ブルーレイディスク（ＢＤ）プレーヤ及び／又はレコーダ等の光ディスクから読み出す及び／又は光ディスクに記録するための光ディスク装置に関する。

複数の情報層を有する情報担体が広く使用されている。例えば、ＤＶＤ（ＤＶＤはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃの略語である）は第１情報層及び第２情報層を有し、それらの層は、それらの情報層から読み出す又はそれらに記録するために、放射ビームによりビームを用いて走査される。表現“走査する”は、情報層から読み出すか又は情報層に書き込むことを意味する。

そのようなデュアルレイヤＤＶＤは、発散放射線ビームを生成するための放射線源と、この発散ビームを平行ビームに変換するためのコリメータと、２つの情報層の一に前記並行ビームをフォーカシングするための対物レンズとを有する。光走査装置は、所望の情報層に平行ビームをフォーカシングするように軸方向に対物レンズを移動させるためのアクチュエータを有する。

対物レンズが第１情報層から第２情報層にジャンプするように移動されるとき、ある量の球面収差が生じる。しかしながら、ＤＶＤの場合、放射線ビームの開口率が比較的小さく、波長が比較的長いため、このような球面収差の量は比較的小さい。球面収差の量は、実際には、光走査装置の公差の範囲内にあり、それ故、球面収差補正は必要とされない。それ故、１つの情報層から他の情報層にジャンプするとき、リフォーカシング動作のみが必要である。

ところで、情報層の性能を向上させるためには、より大きい開口率及びより短い放射線ビームの波長を用いる次世代の光ディスクシステムが設計されることとなる。例えば、ＢＤ層及び／又はレコーダは、開口率０．８５を有する対物レンズと４０５ｎｍの波長を有する放射線ビームを用いる。その結果、１つの層から他の層にジャンプするときに生じる球面収差の量はＤＶＤプレーヤについてより大きい。実際には、球面収差の量は開口率の４乗に比例し、そのことは、僅かな開口率の増加が球面収差の量の大きい増加に繋がることを意味している。典型的には、デュアルレイヤのＢＤに対しては、１つの層から他の層にジャンプするときに生じる球面収差の量は約２５０ｍｌ ｒｍｓであり、それは光走査装置の公差の範囲外にある。その結果、一の層から他の層にジャンプするとき、球面収差について補正する必要はない。

第１情報層から第２情報層にジャンプするときに球面収差を補正する方法は、平行入射ビームが第１情報層にフォーカシングされるとき、即ち、有限共役が用いられるときに球面収差が生じないように、対物レンズを設計することにある。第２情報層にジャンプするとき、入射ビームの輻輳は変化する、即ち、有限共役が用いられる。例えば、収束入射ビームは前記第２情報層にフォーカシングされる。対物レンズは、実質的な視野を有するように、正弦条件に非常に適合するように設計されている。正弦条件に適合するように設計されたレンズは、設計条件と比べて共役距離が変化するとき、球面収差が生じることが知られている。このことについては、例えば、文献、“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ”，ｂｙ Ｂｏｒｎ ａｎｄ Ｅ．Ｗｏｌｆ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ，Ｏｘｆｏｒｄ，１９９３，ｐ１６６−１６９に記載されている。その結果、共役距離、即ち、入射ビームの輻輳を変えることにより、球面収差が生じ得ることとなり、その球面収差は、１つの層から他の層にジャンプするときに生じる球面収差を補償する。

しかしながら、情報担体の螺旋の偏心のために、対物レンズは走査中にその中心位置から遠ざかる方向に移動される必要がある、即ち、対物レンズの偏心が走査中に生じる必要がある。ところで、有限共役が第２情報層を走査するために用いられるとき、対物レンズは感応して偏心する。入射ビームの輻輳が大きくなればなる程、対物レンズを偏心させる感応性は大きくなる。その結果、上記の光走査装置の対物レンズの可能な偏心は限定され、そのような光走査装置は螺旋の比較的大きい偏心を与える情報担体を走査することができない。

本発明の目的は、対物レンズの偏心に対して感応性が小さい光走査装置を提供することである。

このために、本発明は、情報担体の第１情報層の第１モードで及び情報担体の第２情報層の第２モードで走査するための光走査装置を提供し、前記光走査装置は、前記放射線ビームを第１モードにおける発散入射ビームと第２モードにおける収束入射ビームに変換するために、放射線ビームを発生させるための放射線源と、情報層に入射ビームをフォーカシングするための対物レンズ系と、放射線源と対物レンズ系との間に備えられている光学要素とを有する。

本発明に従って、有限共役が、第１情報層及び第２情報層を走査するために用いられる。これは、対物レンズが、第１情報層と第２情報層との間に位置付けされた特性の平面に球面収差を伴うことなく平行入射ビームをフォーカシングするように設計されていることを意味する。発散入射ビームは、それ故、第１情報層の走査中に生じる球面収差及び第２情報層の走査中に生じる球面収差を補償するように用いられる。第１情報層から第２情報層にジャンプするときに生じる球面収差の量は従来の技術における場合と同様であるため、発散入射ビーム及び収束入射ビームの輻輳は、第２情報層を走査するために従来技術において用いられている収束ビームの輻輳に比べて減少する。これは、この球面収差の一部が、第１情報層を走査するときに補償され、他の一部が、第２情報層を走査するときに補償される一方、従来技術の光走査装置においては、球面収差全てが、第２情報層を走査するときに補償されるためである。

本発明に従った光走査装置は、第１情報層及び第２情報層を走査するときの偏心のために感応する。しかしながら、発散ビーム及び収束ビームの輻輳が減少されるために、その本発明に従った光走査装置は従来の光走査装置に比べて感応性が小さい。

好適な実施形態においては、対物レンズ系は、第１情報層と第２情報層とから実質的に等距離の平面に球面収差を伴うことなく平行入射ビームをフォーカシングするように設計されている。この好適な実施形態に従って、第１情報層から第２情報層にジャンプするときに生じる球面収差の同じ部分が、第２情報層の走査中のように第１情報層の走査中に補償される。その結果、収束ビームの輻輳及び発散ビームの輻輳は実質的に等しく、第１情報層の走査中の偏心についての公差は第２情報層の走査中の偏心についての公差に実質的に等しい。これは、２つの情報層の走査中の偏心について比較的大きい公差を得ることを可能にする。

有利な実施形態においては、光学要素はコリメータである。従来の光走査装置で用いられているコリメータは、放射線ビームを収束入射ビーム又は発散入射ビームに変換するために用いられる。その結果、従来の光走査装置は本発明を実施するために用いられることが可能であり、動作モードに従ってコリメータを移動させるように適切にプログラムされている。

他の好適な実施形態においては、光走査装置は、第１情報層と第２情報層との間に位置付けられた前記情報担体の第３情報層において走査するように更に適合され、光学要素は、前記第３モードにおいて放射線ビームを平行入射ビームに変換するように適合されている。そのような光走査装置は、奇数個の情報層を有する情報担体を走査するようにうまく適合されている。

他の有利な実施形態においては、光走査装置は、球面収差の測定を与えるための手段と前記測定に応じて光学要素を制御するための手段とを有する。これは、球面収差のより細かい補償を与える。

本発明の以上の及び他の特徴は、以下に詳述する実施形態に関連して明らかになり、理解されるであろう。

本発明に従った光走査装置を図１及び２に示す。そのような光走査装置は、放射線ビームを発生させる放射線現１０１と、コリメータ１０３と、ビームスプリッタ１０４と、サーボ制御対物レンズ１０５と、検出手段１０６と、測定手段１０７と、制御器１０８とを有する。このような光走査装置は情報担体１１０を走査するように意図されている。情報担体１１０は第１情報層１１１と第２情報層１１２とを有する。光走査装置は、情報担体１１０を受け入れるためのターンテーブル１２０を更に有する。

書き込み動作及び読み取り動作であることが可能である走査動作中、放射線ビーム１０２は、下で詳細に説明するように、コリメータ１０３及び対物レンズ１０５により変形される。その結果としてのビームが得られ、情報担体１１０はその得られたビームにより走査される。フォーカス誤差信号が検出され、そのフォーカスエラー信号の大きさは、情報層におけるその得られたビームの位置についての誤差に対応する。このフォーカス誤差信号は、対物レンズ１０５の軸の位置を補正するために用いられることが可能である。信号が制御器１０８に送られ、その制御器は、軸方向に対物レンズ１０５を移動させるためにアクチェータを駆動する。

フォーカス誤差信号及び情報層に書き込まれたデータは検出手段１０６により検出される。情報担体１１０により反射された放射線ビームは、ビームスプリッタ１０４により検出手段１０６に達する。

他の実施形態においては、情報担体１１０に書き込まれた情報に対応する信号は、情報担体１１０に対して、対物レンズに対向するように位置付けられた、第２対物レンズ及び第２検出手段により透過された状態で検出されることに留意する必要がある。

他の実施形態においては、情報担体１１０は、第１情報層１１１及び第２情報層１１２を透過したビームを反射する、全体の担体の背後にあるミラーを有することが可能であることに又、留意する必要がある。この場合、図１及び２に示すような光走査装置を、データを読み取るため用いることが可能である。

本発明に従った光走査装置は、図１に第１モードとして、図２に第２モードとして示されている。コリメータ１０３は、放射線源１０１と対物レンズ１０５との間に置かれた光学要素である。第１モードにおいては、コリメータ１０３は放射線ビーム１０２を発散入射ビームに変換され、その発散入射ビームは対物レンズに達する。第２モードにおいては、コリメータ１０３は、放射線ビーム１０２を収束入射ビームに変換する。放射線源１０１がその焦点位置にあるように、コリメータがある位置にあるとき、コリメータ１０３は放射線ビーム１０２を平行な入射ビームに変換する。発散入射ビームを得るために、コリメータ１０３は、上記位置に比べて、放射線現１０２の方に移動される。収束入射ビームを得る場合、コリメータ１０３は、前記位置に比べて、放射線源１０２から遠ざかる方に移動される。コリメータ１０３の位置はアクチュエータにより制御され、そのアクチュエータは制御器１０８により制御される。制御器１０８は、対物レンズ１０５を移動させるためのアクチュエータ及びコリメータ１０３を移動させるためのアクチュエータを独立して制御することができる多目的制御器である。走査モードに依存して、制御器１０８はコリメータ１０３の位置を制御する。換言すれば、第１情報層が走査されるとき、コリメータ１０３は図１に示す位置に位置付けられ、第２情報層が走査されるとき、コリメータ１０３は図２に示す位置に位置付けられる。

対物レンズ１０５は、情報担体１１０の第１情報層と第２情報層との間にある特定の平面に平行な入射ビームをフォーカシングするとき、球面収差が起こらないような方式に設計されている。その結果、第１情報層１１１が平行な入射ビームで走査される場合、球面収差が起こる。第１情報層１１１の走査中に共役距離を変化させることにより、即ち、発散入射ビームを用いることにより、対物レンズ１０５は球面収差を起こし、それは上記の球面収差を補償する。コリメータ１０３の位置は、発散入射ビームが第１情報層１１１にフォーカシングされるときに、球面収差が起こらないような方式で決定される。好適には、光走査装置は、球面収差を測定するための手段と、測定された球面収差に依存してコリメータ１０３の位置を制御するための手段とを有する。第１情報層１１１の走査中の球面収差の測定値がコリメータに送られ、そのコリメータは、球面収差を削除するために、コリメータ１０３の位置を制御する。球面収差は、例えば、米国特許第６，２２９，６００号明細書に記載されている従来の手段に従って、測定される。

第２情報層１１２は、第２情報層が平行入射ビームで走査される場合に生じる球面収差を補償するために、収束入射ビームにより走査される。第１情報層１１１について説明したように、コリメータ１０３の位置は、好適には、球面収差の測定値に依存してコリメータ１０８により制御される。

本発明に従った光走査装置は、第１情報層及び第２情報層を走査するとき、偏心に対して感応する。実際には、第１モード及び第２モードにおいては、有限共役が用いられる。しかしながら、第１情報層１１１が平行入射ビームにより走査され、第２情報層１１２が収束入射ビームにより走査される場合、従来技術における場合より感応性は低い。実際には、本発明に従った光走査装置における収束ビームの輻輳は、従来技術の光走査装置における収束ビームの輻輳より低い。これは、平行入射ビームが第２情報層１１２に対する球面収差を伴わずにフォーカシングされる平面からのジャンプは、従来技術の光走査装置におけるより本発明に従った光走査装置において小さい。

従来技術に比べて、偏心に対する感応性を著しく低減させるために、平行入射ビームが球面収差を伴わずにフォーカシングされる平面は第１情報層１１１及び第２情報層１１２から十分に離れている必要がある。実際には、この平面がそれらの情報層の一に近過ぎる場合、偏心に対する感応性は低下するが、著しくはない。好適には、第１情報層１１１と第２情報層１１２との間の距離をＤとすると、この平面はそれらの第１情報層１１１及び第２情報層１１２の各々から少なくとも０．２Ｄだけ離れている。更に好適には、この平面は第１情報層１１１及び第２情報層１１２から０．５Ｄだけ離れ、このことは、対物レンズ系が、第１情報層と第２情報層とから実質的に等距離にある平面において球面収差を伴わずに平行入射ビームをフォーカシングするように設計されていることを意味する。この場合、偏心公差は従来技術に比べて２倍に増加することが容易である。

更に、実際には、僅かな量の球面収差が、第１情報層１１１及び第２情報層１１２の走査中、残っていることに留意する必要がある。これは又、従来技術において生じるが、第２情報層の走査中にのみ生じるものである。実際には、設計条件に対して比較して収束距離が変化するとき、所謂、三次球面収差は補償されるが、ある量の高次の球面収差は残ったままである。本発明に従って、高次の球面収差の総量は、従来技術の光走査装置におけるものと本発明に従った光走査装置におけるものとは同じであるため、高次の球面収差は、第１情報層１１１及び第２情報層１１２に対して分配される。例えば、対物レンズ１０５が、第１情報層１１１と第２情報層１１２と実質的に等距離にある平面に球面収差を伴わずに平行入射ビームをフォーカシングするように設計されている場合、高次の球面収差は第１情報層１１１と第２情報層１１２とに対して均等に分配される。

これは、特に高次の球面収差が比較的大きく、従来技術の光走査装置における第２情報層の走査を摂動する場合、前記光走査装置の公差の範囲外にあるため、有利である。本発明に従って、高次の球面収差は、第２情報層１１２を走査するとき、減少され、それ故、その高次の球面収差は光走査装置の公差内であることが可能である。

本発明に従った他の光走査装置を図３に示す。そのような光走査装置は、図１及び２に示す光学要素に加えて、第１エキスパンダレンズ３０１と第２エキスパンダレンズ３０２とを有する。

このような他の光走査装置においては、コリメータ１０３は、放射線源１０１が焦点にあるような方式で位置付けられ手いる。コリメータ１０３は、それ故、放射線ビーム１０２を平行ビームに変換する。次いで、モードに応じて、ビームエキスパンダは前記並行ビームを収束ビーム又は発散ビームに変換する。図３の実施例においては、光走査装置は第１モードで表され、それ故、ビームエキスパンダは前記平行ビームを発散ビームに変換する。コリメータ１０３、第１レンズ３０１及び第２レンズ３０２は、放射線源１０１と対物レンズ１０５との間に位置付けられる光学要素を構成し、その光学要素は、第１モードにおいて放射線ビーム１０２を発散入射ビームに、そして第２モードにおいて放射線ビーム１０２を収束入射ビームに変換する。

そのようなビームエキスパンダは、当業者には周知である。例えば、２００２年６月６日に公開された米国特許出願公開第２００２／００６７６６６号明細書において、そのようなビームエキスパンダについて記載されている。第２エキスパンダレンズ３０２はアクチュエータにより移動され、そのアクチュエータは制御器１０８により制御される。モードに応じて、制御器１０８は第２エキスパンダレンズ３０２の位置を制御し、それ故、発散入射ビーム又は収束入射ビームが発生する。

図４ａ乃至４ｃは、３つの情報レンズを有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示している。図４ａ乃至４ｃにおいては、対物レンズ１０５のみがその対物レンズ系であることが示されている。図４ａ乃至４ｃに示す、発散入射ビーム、平行入射ビーム及び収束入射ビームそれぞれは、図１、２又は３に示す光学要素により発生される。情報担体は、第１情報層４０１、第２情報層４０２及び第３情報層４０３を有する。

第１情報層４０１は、図１に示すように、発散入射ビームにより走査される。第２情報層４０２は、図２に示すように、発散入射ビームにより走査される。第１情報層４０１と第２情報層４０２との間にある第３情報層は平行入射ビームにより走査される。これは、対物レンズ１０５が、第３情報層４０３において球面収差を伴わずに平行入射ビームをフォーカシングするように設計されていることを意味する。それ故、球面収差は第３情報層４０３の走査中は起こらず、光走査装置は、第３情報層４０３の走査中の偏心に対して感応しない。

図４ａ乃至４ｃの実施例においては、第３情報層４０３は、第１情報層４０１と第２情報層４０２とから実質的に等距離にある。それ故、図１及び２に示すように、偏心に対する感応性は、高次の球面収差と共に、第１情報層４０１及び第２情報層４０２に対して分配され、このことは特に有利である。

図５ａ乃至５ｄは、４つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示している。情報担体は、第１情報層５０１と、第２情報相０２と、第３情報層５０３と、第４情報層５０４とを有する。第１情報層５０１は第１輻輳を有する収束入射ビームにより走査される。第３情報層５０３は第２輻輳を有する収束入射ビームにより走査され、その第２輻輳は第１輻輳より低い。第４情報層５０４は第３輻輳を有する発散入射ビームにより走査される。第２情報層５０２は第４輻輳を有する発散入射ビームにより走査され、その第４輻輳は第３輻輳より低い。

この場合、対物レンズ１０５は、好適には、第３情報層５０３及び第４情報層５０４から等距離にある、第３情報層５０３及び第４情報層５０４の間に位置付けられた平面において球面収差を伴わずに平行入射ビームをフォーカシングするように設計されている。

本発明に従った光走査装置は異なる数の情報層を有する情報担体を走査するように用いられることに留意する必要がある。２Ｘ個の情報層を有する情報担体であって、ここで、Ｘは整数である、情報担体に対して、Ｘ個の収束入射ビーム及びＸ個の発散入射ビームが好適に用いられる。２Ｘ＋１個の情報層を有する情報層に対しては、Ｘ個の収束ン風車ビーム、Ｘ個の発散入射ビーム及び１つの平行入射ビームが、好適に用いられる。これは、効率的な方式で情報層に対する偏心についての感応性を分散させることを可能にする。

表現“を有する”及びその表現から派生する表現を用いることにより、何れの請求項に記載されている要素以外の何れの他の要素の存在が排除されるものではないことは明らかである。要素の単数表現はそれらの要素の複数の存在を排除するものではない。

第１モードにおいて、本発明に従った光走査装置を示す図である。 第２モードにおいて、図１の光走査装置を示す図である。 第１モードにおいて、本発明に従った他の光走査装置を示す図である。 ３つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。 ３つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。 ３つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。 ４つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。 ４つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。 ４つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。 ４つの情報層を有する情報担体を走査するための対物レンズ系を示す図である。

Claims (6)

1. 情報担体の第１情報層を第１モードでそして前記情報担体の第２情報層を第２モードで走査するための光走査装置であって：
   放射線ビームを発生させるための放射線源；
   情報層に入射ビームをフォーカシングするための対物レンズ系；並びに
   前記放射線ビームを前記第１モードで発散入射ビームに及び前記第２モードで収束入射ビームに変換するための、前記放射線源と前記対物レンズ系との間に備えられた光学要素；
   を有することを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置であって、前記対物レンズ系は、前記第１情報層と前記第２情報層とから実質的に等距離の平面において球面収差を伴わずに平行入射ビームをフォーカシングするように設計されている、ことを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１に記載の光走査装置であって、前記光学要素はコリメータである、ことを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１に記載の光走査装置であって、前記光学要素はビームエキスパンダを有する、ことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１に記載の光走査装置であって、前記光走査装置は、前記第１情報層と前記第２情報層との間に位置付けられた前記情報層の第３情報層を第３モードで走査するように更に適合され、前記光走査装置は前記第３モードで前記放射ビームを平行入射ビームに変換するように適合されている、ことを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１に記載の光走査装置であって、球面収差の測定を与えるための手段と前記測定に応じて前記光学要素を制御するための手段とを更に有する、ことを特徴とする光走査装置。

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