JP2007519147A - 波面補正器を有する光学装置 - Google Patents

Abstract

光学装置は放射光ビームへの波面補正を導入する波面補正器を有する。波面補正器は、第1光学素子(110)及び第2光学素子(111)を有する。2つの光学素子は、第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が、スティック-スリップ効果によって第2光学素子の並進を引き起こすように配置されている。これによって、2つの光学素子間における所望の相互変位を得ることが可能となる。

Description

本発明は放射光ビームに波面補正を導入する波面補正器を有する光学素子に関する。

本発明はまた、波面補正器の特性を変化させる方法にも関する。

本発明は特に、光ディスクへの記録、及び/又は光ディスクからの読み取りを行う光ディスク装置に有意である。光ディスクとはたとえば、CD、DVD若しくはブルーレイディスク(BD)レコーダー及び/又はプレーヤーである。

特許文献1は、波面補正器を有する光学素子について開示している。波面補正器は、第1非球状面を有する第1素子及び、第2非球状面を有する第2素子を有し、第1素子及び第2素子は、放射光ビームに波面補正を導入するため、相互に直線的な移動をすることが可能である。2つの素子が相互に直線移動することによる変位によって、波面補正器を通過する放射光ビームの波面が補正される。
国際公開第03/052755号パンフレット 米国特許第6459473号明細書 応用光学(Applied Optics)、（米国）、米国光学会、1999年、第38巻、p.86-90

波面補正を発生させるためには、2つの素子のうちの少なくとも1つは並進しなくてはならない。そのような並進を実現させるためには、特許文献1の光学素子は、第1光学素子及び第2光学素子に取り付けられている設置手段を有する。これらの設置手段は、たとえば、電磁石、固定素子及びバネで形成される制御手段を含む。その結果、そのような設置手段はかさばるものとなる。なぜなら、これらにはコイルと支持用素子が必要だからである。さらに、第1素子及び第2素子を所与の位置に保持するのに電磁石にエネルギーを供給しなくてはならない。それは光学素子の電力消費を比較的大きくしてしまう。

本発明の目的は、波面補正器を有する光学素子の提供である。当該光学素子は小型でかつ、比較的低消費電力である。

この目的のため、本発明は、放射光ビームへの波面補正を導入する波面補正器を有する光学素子を提案する。当該波面補正器は、第1光学素子及び第2光学素子を有する。第1光学素子及び第2光学素子は、スティック-スリップ効果によって、第1光学素子が適切な交互に方向を変える運動をすることで第2光学素子が並進するように配置されている。

本発明に従うと、第1光学素子及び第2光学素子は接触面を有する。接触面は、適切な交互に方向を変える運動が第1光学素子に与えられるときにスティック-スリップ効果を引き起こすような所与の摩擦力が伝わるように選ばれる。このスティック-スリップ効果によって、第1光学素子が所与の平均位置を保持しながら、第2光学素子は並進する。従って、第1素子及び第2素子の相互直線変位は、第1光学素子の交互に方向を変える運動から生じる。結果として、交互に方向を変える運動のみが第1光学素子には与えられる。そのような交互に方向を変える運動は、第1光学素子に取り付けられている圧電素子のような比較的小型の系によっても与えることが可能である。これにより光学素子は小型になる。実際、波面補正を導入する手段はおおよそ、第1光学素子及び第2光学素子のサイズを有する。なぜなら、第1光学素子それ自体が、第2光学素子に並進運動を与えるからである。さらに、一旦交互に方向を変える運動が中止されると、第1素子と第2素子との間に働く摩擦力によって、第2光学素子は第1光学素子に対するその相対位置を保持する。従って、第1素子及び第2素子を所与の場所に保持するのにエネルギーを与える必要がなくなる。従って光学走査装置の電力消費は比較的小さくなる。

有利な実施例では、第1方向での第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が当該第1方向での第2光学素子の並進を引き起こし、第2方向での第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が当該第2方向での第2光学素子の並進を引き起こすように、第1光学素子及び第2光学素子は配置されている。

この有利な実施例に従うと、波面補正器は、動径方向及び接線方向のように2方向で波面補正を導入することが可能である。これにより、2方向においてコマ収差の補償が可能となる。コマ収差の補償はたとえば、光学走査装置の対物レンズにおける光軸に対する情報キャリアの傾きによる収差を補正するのに必要である。

好適実施例では、第1光学素子及び第2光学素子は、第2光学素子の適切な交互に方向を変える運動がスティック-スリップ効果による第1光学素子の並進を引き起こすように配置されている。この好適実施例に従うと、波面補正器もまた、2方向において波面補正を導入することが可能である。これにより、2方向においてコマ収差の補償が可能となる。

有利な点として、光学素子はさらに第2光学素子の案内手段を有する。このことは第2光学素子の並進が所定の方向に従うことを保証する。

本発明はまた、第1光学素子及び第2光学素子を有する波面補正器の特性を変化させる方法にも関する。当該方法は、スティック-スリップ効果によって第2光学素子を並進させるため、第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動を与える手順を有する。

本発明のこれら及び他の態様は、以降で説明する実施例を参照することで明らかにされる。

本発明に従った光学装置を図1に図示している。図示された光学装置は、放射ビーム102を生成する光源101、コリメーションレンズ103、ビームスプリッタ104、対物レンズ105、サーボレンズ106、検出手段107、計測手段108及びコントローラ109を有する。この光学装置は、情報キャリア100の走査を目的とする。光学装置はさらに、第1光学素子110及び第2光学素子111を有する。第1光学素子110には、圧電素子112が取り付けられている。波面補正器及び圧電素子112は波面補正部を形成する。

光学装置はさらに、コマ収差検出器113及び、圧電素子112を制御する制御回路114を有する。そのようなコマ収差検出器113及び制御回路114はたとえば、特許文献1で説明されている。

走査動作中、すなわち書き込み又は読み取り動作中、情報キャリア100は光源101によって生成される放射光ビームによって走査される。コリメーションレンズ103及び対物レンズ105は、放射光ビーム102を情報キャリア100の情報層に集光する。走査動作中、情報層上の放射光ビームの位置合わせエラーに対応する焦点エラー信号が検出されるかもしれない。この焦点エラー信号は、放射光ビーム102の焦点エラーを補償するために対物レンズ105の軸位置の補正に使用可能である。信号はコントローラ109に送られ、コントローラ109はアクチュエータを駆動することで対物レンズ105を軸上で移動させる。

焦点エラー信号及び情報層上に書き込まれたデータは検出手段107によって検出される。情報キャリア100によって反射される放射光ビーム102は対物レンズ105によって平行ビームに変換され、ビームスプリッタ104によってサーボレンズ106に到達する。この反射光ビームは検出手段107に到達する。

波面補正器は放射光ビーム102に波面補正を導入することが可能である。波面補正の導入は、コマ収差がコマ収差検出器によって検出される場合には必要となるだろう。波面補正器は第1光学素子110及び第2光学素子111を有する。これら2つの素子は、2素子間で相対変位が生じるときにこれらが波面収差を導入するように設計されている。本発明は特許文献1で説明されているような波面補正器又は非特許文献1で説明されているようなより単純な波面補正器のような、2つの光学素子を有する波面補正器の如何なるものにも適用される。第1光学素子110と第2光学素子111との間の相対変位がどのようにして発生するのかについては次の図で説明する。

図1に図示されている光学装置が情報キャリアを走査するための光学装置であるにもかかわらず、本発明は、2つの光学素子を有する波面補正器であれば如何なるものにでも適用可能である。たとえば、本発明はカメラのズームレンズに適用可能である。この場合、波面補正器は、ズームの焦点距離を変化させるためにデフォーカス形式の波面補正を生成し、焦点距離を調節できるようにするだろう。

図2a及び図2bは波面補正部を図示している。図2aから分かるように、そして図3で詳細について説明されるように、第1光学素子110と第2光学素子111は共通のスライド面(sliding surface)を有する。第1光学素子110に適切な交互に方向を変える運動が与えられるとき、スティック-スリップ効果によって第2光学素子111の並進運動が生じる。共通のスライド面の摩擦力は、第1光学素子110に適切な交互に方向を変える運動が与えられるときにスティック-スリップ効果が生じるように選ばれる。このことについては、図4a及び図4bで詳細に説明する。

結果として、第1光学素子110に適切な交互に方向を変える運動が与えることで、第2光学素子111は並進する。よって波面補正器の光学特性は、たとえば特許文献1で説明されているように修正される。たとえ第1光学素子110の動作が数μmのような比較的小さなものであっても、第2光学素子111の並進は、数cmのような比較的大きい動作を有して良い。よって、第1光学素子110を動かすのに小型の系が使用される。図2a及び図2bの例では、圧電素子112が使用されている。しかし、小さな動作の電磁アクチュエータのような他の移動装置を使用しても良い。

図2a及び図2bの例では、第2光学素子111を案内するための案内手段200が提供される。案内手段200は第2光学素子111が所定の方向で並進することを保証する。この例では、ローラーベアリングが案内手段200として使用されている。弾性ベアリングのような他の案内手段を使用しても良い。案内手段は光学装置の固定部分に固定されている。

図3aは、第2光学素子111が第1光学素子110に対向するときの図2aにおける波面補正部の断面を図示している。2つの光学素子110及び111はそれぞれ、非球状面及び平坦面を有する。平坦面は共通のスライド面Sを画定する。図3aの位置では、波面補正器は波面補正を発生しない。図3bは、第2光学素子111が第1光学素子110に対して並進しているときの図2aにおける波面補正部の断面を図示している。この位置では、波面補正器は、通過する放射光ビームに波面補正を導入する。このことは当業者には周知であり、さらなる説明はしない。波面補正に関する詳細はたとえば、特許文献1で見つけることができる。

図4aは第1光学素子110の交互に方向を変える運動を図示しており、図4bは第2光学素子111の交互に方向を変える運動を図示している。図4aは、第1光学素子110の位置x1を時間の関数として表している。ここで、x1は図2bで定義されている第1軸である。図4bは、第2光学素子111の位置x2を時間の関数として表している。ここで、x2は図2bで定義されている第2軸である。第1光学素子に与えられる交互に方向を変える運動は、第1光学素子がx1=0で表される同じ平均位置を保持するように与えられる。この交互に方向を変える運動は第1方向では比較的遅いが、第2軸では比較的速い。第1光学素子と第2光学素子との間のスライド面は、第1光学素子110の比較的遅い運動が第2光学素子の並進を引き起こすが、第1光学素子110の比較的速い運動は第2光学素子の運動を引き起こさないように選ばれる。換言すれば、第1光学素子110の適切な交互に方向を変える運動は、スティック-スリップ効果によって第2光学素子の並進を引き起こす。スティック-スリップ効果は当業者にとって周知である。たとえば、特許文献2はそのようなスティック-スリップ効果について説明している。第1光学素子110の適切な交互に方向を変える運動がスティック-スリップ効果によって第2光学素子の並進を引き起こすように配置するため、第1光学素子110及び第2光学素子111は、当該スティック-スリップ効果を引き起こすように選ばれた、摩擦力を有する共通のスライド面を必要とする。

交互に方向を変える運動を第1光学素子110に与えるため、入力電圧が圧電素子112に印加される。電圧は図4aの運動に対応するノコギリ波形を有する。たとえばインパルス波形のような他の入力電圧を使用しても良い。それは、図4aとは異なる第1波形の交互に方向を変える運動を引き起こす。

図4a及び図4bから分かるように、入力電圧が切られるとき、つまり第1光学素子の運動が中止されるとき、第2光学素子111はその時点での位置にとどまる。結果として、そのような波面補正部を実装する光学装置のエネルギー消費は比較的小さくなる。なぜなら一旦第2光学素子が所望の位置に到達すれば、エネルギーは必要ないからである。

図5は、本発明の有利な実施例における波面補正部を図示している。波面補正部は、第1光学素子110、第2光学素子111、第1圧電素子501、第2圧電素子502、第1案内手段511及び第2案内手段512を有する。第1圧電素子501及び第2圧電素子502は第1光学素子110に取り付けられている。この有利な実施例に従うと、第2光学素子111は、2つの異なる方向D1及びD2で並進可能である。これは特に、特許文献1で説明されているように、情報キャリアを走査する光学走査装置において有用である。第1方向D1における直線相互変位が望ましいとき、図4aで図示されているような交互に方向を変える運動が第1光学素子に与えられるように、適切な入力電圧が圧電素子501に印加される。この場合、第1光学素子110に取り付けられている第2圧電素子502もまた、方向D1を交互に方向を変える運動する。よって、第1弾性素子513は第2圧電素子502と光学装置の固定部分Fとの間に必要となる。第2方向D2における直線相互変位が望ましいとき、交互に方向を変える運動が第1光学素子110に与えられるように、適切な入力電圧が第2圧電素子502に印加される。交互に方向を変える運動は図4aでの運動に対応するが、第2方向D2についての運動である。この場合、第1光学素子110に取り付けられている第1圧電素子501もまた、方向D2を交互に方向を変える運動する。よって、第2弾性素子514は第1圧電素子501と光学装置の固定部分Fとの間に必要となる。第1案内手段511及び第2案内手段512は、第2光学素子111が所望の方向に従うことを保証する。波面補正部はさらに、付加体515を有する。付加体515は、第2光学素子111が第1方向D1及び第2方向D2に変位することを可能にする。第2光学素子111が第1方向D1に変位するとき、付加体515が固定されている一方で、第1案内手段511は当該第2光学素子111を案内する。第2光学素子111が第2方向D2に変位するとき、付加体515、第1案内手段511及び第2光学素子111は第2案内手段512によって案内される。

図6は、本発明の好適実施例における波面補正部を図示している。波面補正部は、第1光学素子110、第2光学素子111、第1圧電素子501、第2圧電素子502、第1案内手段511及び第2案内手段512を有する。第1圧電素子501は第1光学素子110に取り付けられている。第2圧電素子502は第2光学素子111に取り付けられている。この有利な実施例に従うと、2つの光学素子110及び111の相互直線変位は2つの異なる方向で得ることができる。第1方向D1における直線相互変位が望ましいとき、図4aで図示されているような交互に方向を変える運動を第1光学素子110に与えるように、適切な入力電圧を第1圧電素子501に印加する。第2方向D2における直線相互変位が望ましいとき、交互に方向を変える運動が第2光学素子111に与えられるように、適切な電圧が第2圧電素子502に印加される。交互に方向を変える運動は図4aでの運動に対応するが、第2方向D2についての運動であり、第2光学素子111の運動である。第1案内手段511は第2光学素子111が所望の方向D1に従うことを、そして第2案内手段512は第1光学素子110が所望の方向D1従うことをそれぞれ保証する。この好適実施例に従うと、図5の実施例で必要とされている弾性素子も付加体も必要ない。従って、この好適実施例に従った光学装置はより小型となる。

波面補正部を有する、本発明に従った光学装置を図示している。 図1の光学装置波面補正部の斜視図である。 図2aの分解図である。 図2aの波面補正部の断面を図示している。 図2aの波面補正部の断面を図示している。 図2aの第1光学素子における交互に方向を変える運動を示すグラフである。 図2aの第2光学素子における並進運動を示すグラフである。 本発明の有利な実施例における、図1で図示された光学装置の波面補正部の分解斜視図である。 本発明の好適実施例における、図1で図示された光学装置の波面補正部の分解斜視図である。

Claims (7)

1. 放射光ビームに波面補正を導入する波面補正器を有し、
   前記波面補正器は第1光学素子及び第2光学素子を有し、
   前記第1光学素子及び前記第2光学素子は、前記第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が、スティック-スリップ効果による前記第2光学素子の並進運動を引き起こすように配置されている、
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記第1光学素子及び前記第2光学素子は、
   第1方向における前記第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が前記第1方向における前記第2光学素子の並進運動を引き起こし、及び、
   第2方向における前記第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が前記第2方向における前記第2光学素子の並進運動を引き起こすように配置されている、
   ことを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
3. 前記第1光学素子及び前記第2光学素子はさらに、前記第2光学素子の適切な交互に方向を変える運動が、スティック-スリップ効果による前記第1光学素子の並進運動を引き起こすように配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の光学装置。
4. 前記第1光学素子及び前記第2光学素子は、
   第1方向における前記第1光学素子の適切な交互に方向を変える運動が前記第1方向における前記第2光学素子の並進運動を引き起こし、及び、
   第2方向における前記第2光学素子の適切な交互に方向を変える運動が前記第2方向における前記第1光学素子の並進運動を引き起こすように配置されている、
   ことを特徴とする請求項3に記載の光学装置。
5. 前記第1光学素子に前記適切な交互に方向を変える運動を与えるために前記第1光学素子に取り付けられている圧電素子を有する、請求項1に記載の光学装置。
6. さらに前記第2光学素子を案内するための手段を有する、請求項1に記載の光学装置。
7. 第1光学素子及び第2光学素子を有する波面補正器の特性を変化させる方法であって、
   スティック-スリップ効果によって第2光学素子を並進させるため、前記第1光学素子に適切な交互に方向を変える運動を与える手順を有することを特徴とする方法。

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