JP2650967B2 - 走査装置 - Google Patents

走査装置

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JP2650967B2 JP63140647A JP14064788A JP2650967B2 JP 2650967 B2 JP2650967 B2 JP 2650967B2 JP 63140647 A JP63140647 A JP 63140647A JP 14064788 A JP14064788 A JP 14064788A JP 2650967 B2 JP2650967 B2 JP 2650967B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学式記録媒体の情報面を放射光によって
走査する走査装置であって、走査ビームを発生する放射
源と、走査ビームを情報面に走査スポットとして集束す
るミラー対物レンズとを具える走査装置に関するもので
ある。また、本発明は、このような走査装置に用いるの
に好適なミラー対物レンズ及びこのような走査装置が設
けられている光学式記録及び/又は再生装置にも関する
ものである。
ここで、情報面を走査することは、あらかじめ記録さ
れている情報を情報面から読み取るための走査及び記録
すべき情報に基づいて強度変調されている放射ビームに
よって情報面に情報を書き込むための走査を共に意味す
るものと理解されるべきである。
明細書冒頭部に記載されている光学式記録媒体の情報
を読み取るための走査装置は、英国特許明細書第154159
6号から既知である。この明細書には、反射面が互いに
対向する2個のミラーを有する対物レンズを含む光学式
走査装置が記載されている。一方のミラーは凹面とさ
れ、その反射面は記録媒体と対向している。他方のミラ
ーは一層小さくされ、凸面とされると共にその反射面は
放射源と対向している。放射源から放射した放射光は、
より大きな凹面ミラーの光路を経て凸面ミラーに入射す
る。放射光は、その後凹面ミラーに向けて反射され、こ
のミラーによって記録媒体の情報面に放射スポットとし
て集束される。
この対物レンズは2個の段のフォーカシング系の一部
を構成し、このフォーカシング系においてはミラー全体
が磁気コイルによって吊り下げられ、この磁気コイルに
よって記録媒体に対する対物レンズの位置が制御されて
いる。小さい方のミラーをピエゾ電気材料片に装着して
上下方向に移動させ、情報面に微小範囲のディフォーカ
ス状態を周期的に発生させ、このディフォーカス状態を
検出系によって検出して焦点誤差信号を取り出し、この
焦点誤差信号を用いて磁気コイルにより対物レンズの位
置を再調整している。
この既知の走査装置は、相互に協働する2個の個別の
ミラーを用いているため構造が複雑化すると共に、機械
的な揺動に対して変動し易い欠点があった。
従って、本発明の目的は、互いに協働するように配置
されている部品を最小数のものとすることができ頑丈な
走査装置を提供するものである。
この目的を達成するため、本発明による走査装置は、
前記ミラー対物レンズが、放射源と対向する側の第1面
及び放射源に対して反対側の第2面によって画成される
透明体を有し、前記第1面が、ミラー対物レンズの光軸
の周囲に位置する第1放射窓の周囲に形成されビームを
対物レンズの内部に向けて反射する第1反射体を有し、
前記第2面が、ミラー対物レンズの光軸の周囲に位置し
ビームを対物レンズの内部に向けて反射する第2反射体
及び第2反射体の周囲に位置する第2放射窓を有し、放
射源から記録媒体に向かう走査ビームの光路が、第1放
射窓を経てミラー対物レンズに入射し、第2反射体及び
第1反射体で順次方向を反転し、第2放射窓を経てミラ
ー対物レンズから出射するように構成したことを特徴と
する。このように、同一透明体の面上に2個の対向する
反射体を直接設けることにより、2個のミラーは互いに
結合されることになる。2個のミラーの相対的な整列は
製造中に決定され、その後変化することはない。
この形式のミラー対物レンズは、光学式記録媒体に記
録されている情報を再生する可動装置、例えばポータブ
ル型又は車載型の装置に用いるのに極めて好適である。
本発明による走査装置は、透明体中の光路を折り曲げら
れるので、走査装置の高さを低くすることができ、従っ
てコンパクトな装置として構成できる大きな利点を有し
ている。
さらに、本発明による走査装置は、第1反射体を非球
面としたことを特徴とする。このように構成すれば、走
査ビームの光路中に補正用の光学素子を配置することな
く高精度に現制された走査スポットを得ることができ
る。
本発明の走査装置の別の実施例は、第1及び第2反射
体を球面としたことを特徴とする。この実施例は、さら
に第2放射窓も球面とすることを特徴とする。このよう
にミラー対物レンズの曲面を球面とすれば、走査装置を
比較的容易に製造することができる。
さらに、本発明による走査装置は、前記透明体が、そ
れぞれ異なる屈折率を有する材料で構成される少なくと
も2個の部分を有することを特徴とする。透明体中に放
射屈折面を適切に形成することにより球面収差を相当量
低減することができる。
本発明による走査装置は、反射型情報面を有する記録
媒体及び透過型記録媒体を走査する場合に用いることが
できる。しかしながら、本発明による走査装置は、反射
型情報面を有する記録媒体を用いる場合に一番好適であ
る。ミラー対物レンズを用いて情報面の走査スポットか
らの放射光を受光し、この放射光を放射感知検出系上に
集光させることもできる。
反射型情報面を走査するのに適しており放射感知検出
系を含む走査装置の実施例は、前記ミラー対物レンズ
が、放射源から放射されたビームと情報面で反射したビ
ームとを分離するビーム分離素子を有することを特徴と
する。このビーム分離素子は、例えば第1放射窓の面上
に設けた分離プリズム或いは分離ミラーとすることがで
きる。必要な光学素子は単一の部材に集積化されるの
で、読み取り装置として用いられる走査装置はコンパク
トで強固な構造のものとなる。
本発明による走査装置は、ビーム分離素子が回折格子
又はホログラムを有することを特徴とする。回折格子
は、通常の回折格子及びホログラフィク格子すなわちホ
ログラムの両方を意味するものと理解されるべきであ
る。回折格子又はホログラムはミラー対物レンズの透明
体の出射面上に設けることができ、或いは透明体中に設
けることもできる。
本発明による走査装置は、前記回折格子またはホログ
ラムが、前記第2反射体に設けた反射型回折格子又は反
射型ホログラムとされていることを特徴とする。これら
回折格子又はホログラムは位相構造体とすることが望ま
しい。
本発明による走査装置の別の実施例は、前記回折格子
又はホログラムが、前記第1放射窓に設けた透過型回折
格子又は透過型ホログラムとされていることを特徴とす
る。
本発明による走査装置の別の実施例は、前記ミラー対
物レンズの透明体が、相互結合されている2個の部分を
有し、前記回折格子又はホログラムが、2個の部分のう
ち一方の部分の他方の部分と対向する側に設けた透過型
回折格子又は透過型ホログラムとされていることを特徴
とする。
情報面で反射されたビームを分離するために回折格子
を用いれば、回折格子によってフォーカシング誤差検出
及びトラッキング誤差検出も行うことができる別の利点
が達成される。この目的を達成するため、例えば本発明
による走査装置の実施例は、前記回折格子又はホログラ
ムが、異なる格子パラメータを有する少なくとも2個の
副格子を有することを特徴とする。この副回折格子は、
例えば格子ラインの方向及び曲率或いは格子周期におい
て相異する。一方の格子部分を通過するビーム部分は他
の格子部分を通過するビーム部分と異なる角度で偏向さ
れることになる。従って、放射感知検出系上のビーム部
分によって形成される放射スポット間の距離は、対物レ
ンズと情報面との間の距離に依存することになる。この
ような焦点誤差検出方法は、文献“ノイエス アム デ
ル テェフィニク(Neues ans der Techink)"1980年
No6、第3項に記載されている。
別の焦点誤差検出方法を用いた本発明の走査装置の実
施例は、前記回折格子又はホログラムが、一定の格子周
期又は線形に変化する格子周期を有することを特徴とす
る。このような回折格子によって情報面からの反射ビー
ムの放射光に非点収差を発生させることができ、この非
点収差を用いて例えば米国特許明細書第4358200号に記
載されているような焦点誤差を決定することができる。
透明体を有するミラー対物レンズを走査装置に用いる
ことにより、放射源及び放射感知検出系の位置決めに関
する別の利点を達成できる。
本発明による走査装置の実施例は、放射源を第1放射
窓に光学的に接続したことを特徴とする。放射源を例え
ば半導体レーザとし、その放射面を第1放射窓に装着し
或いは放射源を光ファイバ又は一連のファイバを介して
第1放射窓に接続する。
さらに、放射感知検出系を具える本発明による走査装
置の実施例は、放射感知検出系が、情報面で反射されミ
ラー対物レンズを通過する放射光の光路中の第1放射窓
上に配置されていることを特徴とする。
放射源、光ファイバ或いは放射感知検出系は、例えば
透明接着剤により第1放射窓に固定される。この結果、
走査装置の光学系全体を搭載したコンパクトで頑丈な集
積化された単一部材とすることができる。
本発明による走査装置の種々の実施例においては、例
えば単一の半導体レーザや半導体レーザ列のような種々
の形式の放射源或いはミラー対物レンズに直接又は光フ
ァイバを介して接続し得る別の放射源を具えることがで
きる。
以下図面に基づき本発明を詳細に説明する。
第1図は情報面11が形成されている光学式記録媒体10
の一部を示す。走査装置は主要な素子としてミラー対物
レンズ30および放射源40が示されており、この走査装置
を記録媒体10に近接して配置する。放射源40から走査ビ
ーム20を放射し、この走査ビーム20をミラー対物レンズ
30によって情報面11上に走査スポットとして集束させ
る。走査装置及び記録媒体は互いに相対的に移動可能で
あり、例えば記録媒体は記録面に直交する軸(図示せ
ず)を中心にして回転することができ走査装置は軸に対
して径方向に移動することができるので、情報面が走査
スポットにより走査されることになる。
走査ビーム20はミラー対物レンズに入射し、第1放射
窓31を経て対物レンズの透明体部分に入射する。そし
て、走査ビーム20は凸面の反射体32で反射され発散状態
となり、凹面反射体33のほぼ全面に亘って入射する。こ
の凹面反射体によって走査ビームは集束ビームとなり、
放射窓34及び記録媒体10の透明部分を経て情報面11上に
走査スポットとして集束する。“コンパクト ディス
ク”という名で知られている光学的に読み取り可能なデ
ジタルオーディオディスクに用いられている反射情報面
の場合、走査スポットからの反射ビームは再び対物レン
ズに入射し、反転光路を経て放射窓31に達する。この反
射ビームは放射源に入射でき、放射源として半導体レー
ザを用いる場合半導体レーザによって反射ビームを検出
することができる。このいわゆるフィードバック読み取
り系は、例えばドイツ連邦共和国特許明細書第1584664
号に記載されている。しかしながら、例えば分離プリズ
ム50のようなビーム分離素子を、放射ビーム及び反射ビ
ームの共通の光路中に配置し、この分離素子50によって
反射ビームの一部を走査ビーム20から分離して放射感知
検出系60上に投影することが望ましい。放射スポットに
より走査することにより情報面11からの反射体放射光は
情報面に記録されている情報によって変調されているか
ら、読み取られた情報流は放射感知検出系60によって処
理されるべき電気信号に変換される。
第2図〜第4図は本発明による走査装置を示し、回折
格子の形態をしたビーム分離素子を具えるミラー対物レ
ンズの3種類の実施例を示す。
第2図において、透明体30は非球面の第1面を有し、
この第1面に第1放射窓31を形成し、この第1放射窓の
周囲を反射体33で包囲する。透明体の対向する第2面は
環状のフラット部分34及び中央の円形部分35を有し、こ
のフラット部分を経て放射光が出射する。この円形部分
35は曲線状とされ、反射格子好ましくは位相格子を有し
ている。これら透明体30と放射窓及び反射体は光軸を中
心にして選択的に対称に配置する。例えば半導体レーザ
のような放射源40を、直接または光ファイバを介して光
軸上の放射窓31に接続する。
走査装置が光学式記録媒体から情報を読み取るように
構成されている場合、反射回折格子は、反射した放射光
が零次回折光又は1次回折光或いは高次回折光のうちの
一部においてほぼ均一に分布するような形態とすること
が望ましい。従って、投影ビームの零次回折光と戻りビ
ームの高次回折光との積は最大となる。他の次数の回折
光はできるだけ抑制する。記録媒体に情報を書き込むよ
うに構成されている走査装置においては、放射光の大部
分が零次の回折光として反射されることが望ましく、走
査スポットは高い強度を有し1次回折又は高次回折によ
る放射光はできるだけ反射されることになる。
第3図は本発明による走査装置の好適実施例を示す。
この実施例は、放射窓31及び反射体33が形成されている
面が球面とされると共に透明体30が透明材料の2個の部
分36及び37を有し、これらの間に透過回折格子38が配置
されている点を除き、第2図の実施例にほぼ等しい。
2個の透明体部分36及び37は図示のように互いに直接
係合することもでき、或いは透過型回折格子に隣接させ
てもよく、さらに2個の部分36及び37の間に空胴を形成
し、この空胴をからにするか或いは2個の部分を構成す
る材料の屈折率と相当に異なる屈折率の材料を充填す
る。2個の部分36及び37が互いに係合する場合、回折格
子38は黒−白型の回折格子とすべきである。空胴部を形
成する場合には、位相格子を配置することができ、これ
により回折格子での放射損失をほとんどなくすることが
できる利点が達成される。透過型回折格子38は第2図の
回折格子のように理想的に作用する。反射体31が形成さ
れている一方の透明体部分36は、例えばBK7ガラス又は
水晶で構成され、反射体35が形成されている他方の部分
37はSFL6又はLaKN22で構成する。
透明体30は、約0.3の屈折率差を有する材料できた2
個の部分を有しているから、一様な透明体の場合に比べ
てミラー対物レンズの球面収差が相当量低減される。0.
2〜0.4の屈折率差があれば、球面収差を低減させる目的
が達成されることが見出されている。勿論、球面収差を
低減させるたとめには、透明体を構成する2個の部分36
と37との間の界面に回折格子を続ける必要はない。これ
に対して、屈折率が異なる2個の部分を製作することな
く、回折格子38を透明体の内部に形成することもでき
る。この例は、対物レンズの開口数が小さいこと或いは
反射体33の形状に起因する球面収差がない場合に適用さ
れる。
第4図は本発明による光学式走査装置の三番目の実施
例を示す。本例では、第2の放射窓34及び第2の反射体
32を共に球面状に形成する。開口数が比較的小さい場合
反射体及び放射窓の曲率を等しくすることができ、開口
数が大きい場合には曲率が異なるように適切に選択す
る。さらに、本例においては情報面11で反射した放射光
を入射させ、入射放射光を透明体の第1放射窓33に設け
た透過型回折格子39によって放射感知検出系60に入射さ
せる。本例では、放射源40及び放射感知検出系60を放射
窓33からある距離を以て配置する。回折格子39(又は第
2図及び第3図の回折格子35及び38も同様に)は、各々
が格子周期や格子ラインの方向及び曲率のような格子パ
ラメータが相異する多数の副回折格子で構成することも
でき、放射感知検出系に向けて進行する分離ビームを複
数ビームに分割し、これら複数ビームを用いていわゆる
フォーコルト法(Foucanlt法)に基づき焦点誤差を検出
することができる。このフォーコルト法は、例えば前述
した文献“ノイズ アム デル テクニック(Neues an
s der Techink)"1980年発行No6、第3項に記載されて
いる。回折格子が一定の格子周期又は線形に変化する回
折周期を有する場合回折格子から出射するビームは非点
収差状態になり、焦点誤差をいわゆる非点収差法により
検出することができる。この非点収差法は、例えば米国
特許明細書第4358200号に記載されている。これら回折
格子は、通常の回折格子或いはホログラフィック格子や
ホログラムで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光学式走査装置の一例の構成を示
す線図的断面図、 第2図、第3図及び第4図は3種類の変形例の構成を示
す線図的断面図である。 10……記録媒体、11……情報面 20……走査ビーム、30……ミラー対物レンズ 32,33……反射体、31,34……放射窓 38,39……回折格子、40……放射源 60……放射感知検出系

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学式記録媒体の情報面を放射光によって
    走査する走査装置であって、走査ビームを発生する放射
    源と、走査ビームを情報面に走査スポットとして集束す
    るミラー対物レンズとを具える走査装置において、前記
    ミラー対物レンズが、放射源と対向する側の第1面及び
    放射源に対して反対側の第2面によって画成される透明
    体を有し、前記第1面が、ミラー対物レンズの光軸の周
    囲に位置する第1放射窓及び第1放射窓周囲に形成され
    ビームを対物レンズの内部に向けて反射する第1反射体
    を有し、前記第2面が、ミラー対物レンズの光軸の周囲
    に位置しビームを対物レンズの内部に向けて反射する第
    2反射体及び第2反射体の周囲に位置する第2放射窓を
    有し、放射源から記録媒体に向かう走査ビームの光路
    が、第1放射窓を経てミラー対物レンズに入射し、第2
    反射体及び第1反射体で順次方向を反転し、第2放射窓
    を経てミラー対物レンズから出射するように構成したこ
    とを特徴とする走査装置。
  2. 【請求項2】前記第1反射体が非球面状に形成されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の走査装置。
  3. 【請求項3】前記第1及び第2反射体が球面状に形成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の走査装置。
  4. 【請求項4】前記放射窓も球面状に形成されていること
    を特徴とする請求項3に記載の走査装置。
  5. 【請求項5】前記透明体が、それぞれ異なる屈折率を有
    する材料で構成される少なくとも2個の部分を有するこ
    とを特徴とする請求項1,2,3又は4に記載の走査装置。
  6. 【請求項6】請求項1,2,3,4又は5に記載の走査装置で
    あって、放射感知検出系を含む走査装置において、前記
    ミラー対物レンズが、放射源から放射されたビームと情
    報面で反射したビームとを分離するビーム分離素子を有
    することを特徴とする走査装置。
  7. 【請求項7】前記ビーム分離素子が、回折格子またはホ
    ログラムを有することを特徴とする請求項6に記載の走
    査装置。
  8. 【請求項8】前記回折格子またはホログラムが、前記第
    2反射体に設けた反射型回折格子又は反射型ホログラム
    とされていることを特徴とする請求項7に記載の走査装
    置。
  9. 【請求項9】前記回折格子又はホログラムが、前記第1
    放射窓に設けた透過型回折格子又は透過型ホログラムと
    されていることを特徴とする請求項7に記載の走査装
    置。
  10. 【請求項10】前記ミラー対物レンズの透明体が、相互
    結合されている2個の部分を有し、前記回折格子又はホ
    ログラムが、2個の部分のうちの一方の部分の他方の部
    分と対向する側に設けた透過型回折格子又は透過型ホロ
    グラムとされていることを特徴とする請求項7に記載の
    走査装置。
  11. 【請求項11】前記回折格子又はホログラムが、異なる
    格子パラメータを有する少なくとも2個の副格子を有す
    ることを特徴とする請求項7,8,9又は10に記載の走査装
    置。
  12. 【請求項12】前記回折格子又はホログラムが、一定の
    格子周期又は線形に変化する格子周期を有することを特
    徴とする請求項7,8,9又は10に記載の走査装置。
  13. 【請求項13】前記放射源が、前記第1放射窓に光学的
    に接続されていることを特徴とする請求項1から12まで
    のいずれか1項に記載の走査装置。
  14. 【請求項14】放射感知検出系が設けられている請求項
    1から13までのいずれか1項に記載の走査装置におい
    て、放射感知検出系が、情報面で反射されミラー対物レ
    ンズを通過する放射光の光路中の第1放射窓上に配置さ
    れていることを特徴とする走査装置。
  15. 【請求項15】請求項1から14までのいずれか1項に記
    載の走査装置に用いるのに好適な反射体であって、ビー
    ムを内部に向けて反射する反射体を有する透明体。
  16. 【請求項16】請求項1から14までのいずれか1項に記
    載の走査装置が設けられている光学式記録及び/又は再
    生装置。
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