JP2007508655A - 温度補正を有する読込み／書込み光学装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、情報層に対する読込み／書込み用の光学データ読込み／書込み装置に係る。該装置は、放射線ビームを生成する少なくとも第１の放射線源（１２）、及び、情報層上に放射線ビームを集束し、情報層によって反射された放射線ビームを検出器上へと集束する光学系（１０、４０、４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６）を有する。光学系は、光学系の温度誘発性のデフォーカスを補正する波長高感度構造を組み込む。

Description

本発明は、温度補正を有する光学読込み／書込み装置、及び、光学読込み／書込み装置において温度誘発性のデフォーカスを補正する方法に係る。

図１中、プレコリメータ１０の側面がレーザ１２及び関連の光路を有して図示される。図２中、ＣＤ／ＤＶＤ二重書込み機に対する従来技術の光学的配置が図示される。かかる既知の光学系においては、プレコリメータ１０は、レーザ１２の前方に位置付けられたレンズであり、レーザビームのビーム広がりを低減するようにする。図１が参照される。

プレコリメータ１０の典型的な特性は、

であり、該式中、Ｎａ_ｏｕｔはプレコリメータ１０を介した通過後のビームの開口数であり、Ｎａ_ｉｎはプレコリメータ１０を介する通過前のビームの開口数である。

対物レンズ２４を有する二重書込み機（ＤＶＤ±Ｒ（Ｗ）及びＣＤＲ（Ｗ）記録）又はコンビ（Ｃｏｍｂｉ）（ＤＶＤ読込み及びＣＤＲ（Ｗ）記録）に対して、ＣＤ分岐１４に対するプレコリメータ１０は、図２中に図示される通り、ＣＤ（結合効率）に対するディスク１６上の十分な電力、及びＤＶＤ読出しに対する十分なリムの強度（即ち、効果的に使用されるレーザビームのリムでの強度）を得るよう必要とされる。

ＤＶＤ±ＲＷレコーダの適用に対して、ビーム・シェーパ１８は、活性層に対して平行及び垂直である半導体レーザ２０から逸脱する異なるビームを補正するようしばしば適用される（図２参照）。

二重書込み機はまた、ＣＤパスグレーティング４０、ＤＶＤパスグレーティング４２、板状ビームスプリッタ４４、キューブ型ビームスプリッタ４４、キューブ型ビームスプリッタ４６、コリメータ４８、折畳みミラー５０、λ／４板５２、対物レンズ５４、サーボレンズ５６、及び光ダイオード５８を有する。

ＤＶＤパスは、高密度（ＨＤ）パスをＨＤ情報層を有するディスクに対して与えられる。ＣＤパスは、低密度（ＬＤ）パスをＬＤ情報層を有するディスクに対して与えられる。

コストに関し、プラスチックのプレコリメータ１０又はビーム・シェーパ１８は非常に魅力的である。しかしながら、かかるプラスチックの光学構成部品の大きな問題は、温度を有する光学構成部品の焦点距離のシフトによるディスク１６におけるデフォーカスである。これは、プラスチックのプレコリメータ１０又はビーム・シェーバ１８は、ＣＤレーザ分岐１４又はＤＶＤレーザ分岐２２においてのみあり、検出器分岐２４においてはないためである。ディスクにおけるデフォーカスの式（１）（平面凸レンズを有する近似値）は、

である。該式中、プレコリメータ１０の焦点距離は参照符号ｆであり、参照符号ｎは、プレコリメータ１０の屈折率、ｍ_ｃは、コリメータから対物レンズまでの倍率である。ｄｎ／ｄＴ＝−１２．１０^−５、ｎ＝１．５７、及びΔＴ＝４０℃に対する複数の実際的な値を有して、デフォーカスは、ｆ＝１２及びＮＡ_ｉｎ／ＮＡ_ｏｕｔ＝１．８及びｍ_ｃ＝５に対してディスク１６上で０．８μｍである。

デフォーカスを制限する１つの選択肢は、国際公開第０２／３１８２３号パンフレット（特許文献１）（＝ＰＨＮＬ０００５５２）中に説明される通り短い焦点距離の適用である。

半導体レーザの特性は、波長λが温度Ｔに依存することである。表１が参照される。

表１： 波長の典型データは、半導体レーザの温度と共に変化する。
国際公開第０２／３１８２３号パンフレット

本発明は、光学系におけるデフォーカスで光学構成部品の温度高感度の効果を制限することを目的とする。

本発明の第１の面によれば、情報層に対する読込み／書込み用の光学データ読込み／書込み装置は、放射線ビームを生成する少なくとも第１の放射線源、及び、情報層上で放射線ビームを集束し、情報層によって反射されたビームを検出器上へと集束する光学系を有する。光学系は、光学系の温度誘発性のデフォーカスを補正する波長高感度構造を組み込む。

波長高感度構造は、屈折する光学系のプレコリメータ、ビーム・シェーパ、又はセンサレンズの一部分であり得る。

光学系に対する波長高感度構造の追加は、有利には、光学系において、特にはプラスチック材料で作られたプレコリメータ／ビーム・シェーパ／センサレンズにおいて、温度補正を可能にする。

波長高感度構造は、望ましくは、少なくとも第１の放射線源によって作り出される放射線ビームの共通パスの範囲外に位置決めされる。共通パスは、情報層上に放射ビームを集束し、且つ情報層によって反射されたビームを検出器上へと集束するよう使用されるパスである。共通パスは、異なる放射線ビームに対して異なり得る。波長高感度構造は、望ましくは、少なくとも第１の放射線源とプレコリメータ／ビーム・シェーパとの間に位置決めされるか、又は、ビームスプリッタ要素と光学データ読込み／書込み装置の検出器要素との間に位置決めされ得る。

望ましくは、波長高感度構造は、グレーティング構造である。

波長高感度構造は、階段状の位相構造であり得る。

波長高感度構造は、非周期性の位相構造であり得る。波長高感度構造は、ブレーズグレーティング又はキノフォームグレーティング等の回折構造であり得る。

有利には、使用される波長高感度構造は、波長に高感度であり、所望される温度補正を可能にする。

読込み／書込み装置は、読込み／書込みに対する少なくとも第１及び第２の放射線源を情報層の異なる種類又は形式に対して組み込み得る。

第１の放射線源は、ＣＤ形式等の情報層の第１の形式に対して適切であり得る。その場合、波長高感度構造は、プレコリメータの一部分であり得る。波長高感度構造は、望ましくは第１の放射線源に対面する。

第２の放射線源は、ＤＶＤ形式等の情報層の第２の形式に対して適切であり得る。その場合、波長高感度構造はビーム・シェーパの一部分であり得る。波長高感度構造は、望ましくは第２の放射線源に対面する。

本発明の第２の面によれば、光学データ読込み／書込み装置において光学系の温度誘発性のデフォーカスに対して補正する方法は、光学系において波長高感度構造を有する段階を有し、波長高感度構造は前出のデフォーカスを補正する。

該方法は、読込み／書込み装置の放射線源に対面する波長高感度構造を有し得る。

該方法は、光学系の少なくとも２つの要素におけるデフォーカスを補正する段階を有し得、その場合は各要素は、関連付けられた波長高感度構造を有し得る。

本発明の第３の面によれば、温度デフォーカスを補正する屈折するプレコリメータ／ビーム・シェーパ／センサレンズは、温度デフォーカスを補正するよう適合された波長高感度構造を組み込む。

本願中説明された特徴の全ては、上述の面のうちいずれとも組み合され得る。

本発明をよりよく理解するよう、また、本発明の実施例がどのように実行され得るか示すよう、添付の図面が参照される。

温度によって変化する光学構成部品（プレコリメータ、ビーム・シェーパ、又はセンサレンズ）の屈折率の問題を解決するよう、波長高感度（グレーティング構造又は階段状の位相構造等）を光学構成部品上にまとめることが提案される。かかる構造は、材料の温度に伴う屈折率の変化によって、温度におけるデフォーカスを補正する。波長高感度構造は、光学読込み／書込み機の光学系の一部分を形成する。

プラスチック材料に対して、温度に伴う屈折率の変化は、ガラス材料に対するものより大きい。本発明は、したがって、プラスチックの光学構成部品に対して最も有益である。

図３は、（サーボ・レンズ又はビーム・シェーパを同等に示し得る）プレコリメータ２８の前面及び側面を図示し、該プレコリメータはその前面上に波長高感度構造３０を有する。読取り／書込み装置を組み込む図３中に図示されたプレコリメータ２８は、例えば、図２中に図示されたものと同様の構造において実行される。故に、図２は、図２中のプレコリメータ１０又はビーム・シェーパ１８に対してプレコリメータ又はビーム・シェーパ２８（図３中）を取り入れるためのみに変更される。

図２中に図示される通り、２つのレーザ（離散レーザ又は分離レーザ）を有する光路の場合、プレコリメータ１０及びビーム・シェーパ１８は、各々１つのレーザの後方にあり、これは、１つのみの波長が重要であることを意味している。また、３つ又はそれ以上のレーザが、例えばＣＤ、ＤＶＤ及びブルーレイディスク（ＢＤ）等の３つの異なる形式の使用を可能にするよう、使用され得ることが予測される。

温度によるレーザ波長の変化を解決する１つの可能性は、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏｌ．４０ ｎｏ ３５ ６５４８−６５６０において説明される非周期性の位相構造の使用である。該構造における段の高さｈは、次の式（２）、

を有する固定された段にある。符号ｊは、段の数である。その場合、域の高さは整数ｍ_ｊを有するｍ_ｊ．ｈである。Δλが波長シフトであり、Δｎが屈折率の変化（いずれも温度による）である場合、位相段ΔΦ_ｊは、次の式（３）、

である。

他の可能性は、波長高感度でもあるブレーズ・グレーティング又はキノフォーム・グレーティングと同様の他の回折構造を使用することである。

ブレーズ・グレーティングは、図４中に図示される通りの構造である。該構造におけるグレーティングの角度が、屈折の角度が回折の角度と同一であるようにされる際、レーザ出力の１００％は、１つのオーダ（例えば＋１オーダ）へと入る。これは、次の式（４）、

の場合である。式中、
Ψ： ブレーズ角度、
λ： 波長はレーザである、
ｐ： グレーティング・ピッチ、
ｎ： グレーティング材料の屈折率、
である。

キノフォーム・グレーティングは、ブレーズ・グレーティングと同等であるが、より曲線的な形状を有する。

波長高感度回折グレーティング構造を有するレンズに対し、本発明の場合は、グレーティングの力は、レンズの総合的な力の一部分である。

グレーティング構造の力は、レーザの波長シフトが正確に同一なレンズの焦点距離シフトを屈折率の変化の通り対向する符号を有するボディの温度に伴って変化させるよう設計される。

焦点調整に対するサーボ又はセンサレンズ５６は、また、共通パスになく、検出器パス２６にあるのみであり、レーザパス１４／２２にはない。センサレンズ５６は、通常、球形及び非点収差面を有する。また、色収差補正には、このセンサレンズ５６中で実行されるものもある。

レンズ５６はまた、共通パスにないため温度によるデフォーカスを招く。しかしながらこの効果はさほど強くなく、次の式（５）（平面凸レンズ又は凹レンズを有する近似値）、

によって説明され、該式は、式（１）で説明されたパラメータを有する。

単一の検出器が適用される際、検出器の前方のサーボ又はセンサレンズ５６は、２つのである波長範囲で正確に動作しなければならない（しかしながら、上述された通り２つの波長範囲より大きい範囲は使用され得る）。このレンズ上の温度補正は、最も重要な適用に対して選択され、一般的には最も短い波長（例えばＤＶＤλ＝６６０ｎｍ）である。あるいは、構造は、いずれの波長にも混合効果を与えるよう使用され得る。

上述された内容はまた、ビーム・シェーパ又はプレコリメータが二波長レーザ（１つのパッケージにおいて異なる波長範囲を有する２つのレーザ・チップ）を有して適用される際の状況に対するものである。

同様の設定は、光学データ読込み／書込み装置が２つより多い波長範囲を使用する場合において容易に考案され得る。例えば、ＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤアプリケーションに対する光学データ読込み／書込み装置の場合、上述された実施例において２つのレーザ分岐１４／２２とは対照的に３つの分岐がある。

プレコリメータの概略的側面図である。 従来技術の二重光学書込み装置の概略図である。 波長高感度構造を有するビーム・シェーパ／プレコリメータの概略的側面図及び正面図である。 ブレーズグレーティング構造の概略的側面図である。

Claims (16)

1. 情報層に対する読込み／書込み用の光学データ読込み／書込み装置であって、
   前記装置は、放射ビームを生成する少なくとも第１の放射線源と、前記情報層上で前記放射ビームを集束し、前記情報層によって反射された前記放射ビームを検出器上へと集束する光学系と、を有し、
   前記光学系は、前記光学系の温度誘発性のデフォーカスを補正する波長高感度構造を組み込む、
   光学データ読込み／書込み装置。
2. 前記波長高感度構造は、前記光学系のプレコリメータ、ビーム・シェーパ、又はセンサレンズの一部分である、
   請求項１記載の光学データ読込み／書込み装置。
3. 前記波長高感度構造は、前記放射ビームに対する共通路の範囲外に位置決めされる、
   請求項１又は２記載の光学データ読込み／書込み装置。
4. 前記波長高感度構造は、前記少なくとも１つの放射線源と前記光学系のプレコリメータ／ビーム・シェーパとの間に位置決めされる、
   請求項３記載の光学データ読込み／書込み装置。
5. 前記波長高感度構造は、前記光学データ読込み／書込み装置の検出器要素とビームスプリッタ要素との間に位置決めされる、
   請求項３記載の光学データ読込み／書込み装置。
6. 前記波長高感度構造は、グレーティング構造である、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の光学データ読込み／書込み装置。
7. 前記波長高感度構造は、階段状の位相構造である、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の光学データ読込み／書込み装置。
8. 前記波長高感度構造は、非周期性の位相構造である、
   請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の光学データ読込み／書込み装置。
9. 前記波長高感度構造は、回折構造である、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の光学データ読込み／書込み装置。
10. 情報層の異なる種類又は形式に対する読込み／書込み用の複数の放射線源を組み込む、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の光学データ読込み／書込み装置。
11. 前記波長高感度構造は、その夫々の放射線源に対面する、
    請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の光学データ読込み／書込み装置。
12. 光学データ読込み／書込み装置における光学系の温度誘発性のデフォーカスを補正する方法であって、
    前記光学系において波長高感度構造を有する段階を有し、
    前記波長高感度構造は、前記デフォーカスを補正する、
    方法。
13. 前記波長高感度構造は、前記データ読込み／書込み装置の放射線源に対面する、
    請求項１２記載の方法。
14. 前記光学系の少なくとも２つの要素においてデフォーカスを補正する段階を有する、
    請求項１２又は１３記載の方法。
15. 前記要素のうち各々は、関連付けられた波長高感度構造を有する、
    請求項１４記載の方法。
16. 温度デフォーカスを補正する屈折プレコリメータ／ビーム・シェーパ／センサレンズであって、
    温度デフォーカスを補正するよう適合された波長高感度構造を組み込む、
    屈折プレコリメータ／ビーム・シェーパ／センサレンズ。

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