JPH0668478A

JPH0668478A - 光学式走査装置

Info

Publication number: JPH0668478A
Application number: JP5149443A
Authority: JP
Inventors: Rosmalen Gerard E Van; エデュアルドファンロスマレンヘラルド
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1994-03-11
Also published as: DE69313526T2; ATE157797T1; US5289442A; DE69313526D1; CN1080418A

Abstract

(57)【要約】【目的】アクセス時間を一層短縮できる光学式走査装
置を提供する。【構成】対物レンズ（１０）によって形成される焦点
スポットで面（２）を光学的に走査する装置に関するも
のである。対物レンズは、所定の方向に沿って配置した
複数のコイル対を有する静止コイル装置（１４）内に電
磁的に支持される。コイル装置は対物レンズを５個また
は６個の自由度で移動させることができる。放射ビーム
は、上記方向における対物レンズの移動に追従するよう
に、回動ミラー（２２）及び走査レンズ（２３）を介し
て平行に変位する。コミュテータ（９６）は、コイル装
置の対物レンズに近接するコイルだけを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＸＹＺの直交座標系の
Ｘ方向に沿って所定のストロークに亘ってＸＹ平面にほ
ぼ平行な面を光学的に走査する装置であって、放射ビー
ムを発生する放射源と、永久磁石を具える対物レンズ系
に装着され、前記放射ビームをＺ方向の前記面上に集束
させる対物レンズと、前記対物レンズ系を電磁的に駆動
するコイル装置とを具え、このコイル装置が複数のコイ
ル対を有し、各コイル対がＺ方向に上下に配置した２個
のコイルを有する光学式走査装置に関するものである。

【０００２】上記型式の装置は、情報が複数の同心状ト
ラック又は螺旋状トラックを構成する擬似同心状トラッ
クとして形成されているディスク状光記録媒体を読取る
のに好適である。記録媒体上の単一のトラックは記録媒
体を回転することにより走査される。他のトラックを走
査するためには、対物レンズをトラックと直交する径方
向即ちＸ方向に移動させる必要がある。記録されている
情報に短いアクセス時間でアクセスするためには、対物
レンズをトラックと直交する方向に急速に移動させる必
要がある。

【０００３】冒頭部で述べた装置は、１９８７年に発行
された我国の雑誌「アプライドフィジクス」第２６
巻、第１９５頁〜１９７頁に記載されている文献“ア
フローラング−レンズアクチェエータ（A flocting-l
ens actuator）”から既知である。この既知の装置にお
いて、Ｚ軸方向に沿う光軸を有する対物レンズ系はリン
グ磁石を有し、このリング磁石は対物レンズ系を５個の
自由度で電磁的に支持し駆動するコイル装置により包囲
されている。コイルを正確に駆動することにより、対物
レンズ系はＸ，Ｙ及びＺ方向においてコイル装置に対し
て変位することができると共にＸ軸及びＹ軸まわりで回
転することができる。Ｘ軸及びＹ軸におけるストローク
は制限される。この理由は、コイルがＸ−Ｙ面内で対物
レンズ系を密に包囲するからである。記録媒体を走査す
る場合、対物レンズ系によって形成される走査スポット
が記録媒体の各トラックを走査できるためにＸ方向に長
いストロークが必要になる。このため、既知の装置のコ
イル装置は必要な長いストロークに亘ってＸ方向に可動
なキャリッジ内に配置されている。対物レンズ系のＸ方
向に沿う位置の米国の制御はキャリッジにより行なわ
れ、リング磁石と共働するコイル装置によりＸ方向の微
細な制御が行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した既知の装置の
欠点は、キャリッジの質量が相対的に大きいことであ
る。キャリッジの質量が大きいと、記録媒体のトラック
に短時間でアクセスすることが困難になってしまう。従
って、本発明の目的は、短いアクセス時間を達成できる
光学的走査装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段並びに作用】上記目的を達
成するため、本発明による光学式走査装置は、前記コイ
ル装置が静止状態に固定されると共に、前記ストローク
長に亘って対物レンズ系の両側に位置する２個の平行な
コイル対列を具え、これらコイル対列が前記ストローク
に亘って永久磁石と磁気的に共働することを特徴とす
る。すなわち、コイル装置は移動可能なキャリッジ内に
配置せず、装置に固定する。コイルで生ずる熱の必要な
放散は、例えばコイルが装着されているプレートにより
容易に行なうことができる。対物レンズと一緒になって
コイル対の２個の列はＸ方向の長いストロークを有する
線形アクチュエータを構成する。対物レンズ系は、キャ
リッジを介して移動せずコイル装置によりＸ方向に直接
移動するので、移動する質量は極めて小さく、従ってア
クセス時間を一層短縮することができる。

【０００６】対物レンズ系のＺ軸方向の移動量を制御す
るため、コイル対列上にストッパを設けることが好まし
い。

【０００７】本発明による光学式走査装置は、切り換え
可能な機械的手段を設けて対物レンズ系を所定の位置に
保持するように構成したことを特徴とする。コイル装置
が付勢されない場合、機械的切換手段により対物レンズ
系が非制御状態でコイル装置内も移動するを防止するこ
とができる。

【０００８】本発明による光学式走査装置の特別の実施
例は、前記コイルが、コイル軸と直交する折面におい
て、ほぼ矩形断面を有することを特徴とする。このよう
なコイルは容易に巻回することができると共に、アクチ
ュエータの内側を巻線でできるだけ密に包囲することが
でき、この結果コイルが対物レンズ系により強い力を作
用させることができる利点が達成される。

【０００９】本発明による光学式走査装置は、前記コイ
ル対を流れる電流を整流するコミュテータ及び対物レン
ズ系のＸ方向の位置を決定する検出器を設け、前記検出
器の出力部をコミュテータの制御入力部に接続したこと
を特徴とする。コミュテータを用いることにより、対物
レンズ系に近接するコイルだけがオンに切り換えられる
ので、コイル装置を駆動するのに必要なエネルギーが少
なくなる。

【００１０】本発明による光学式走査装置は、前記対物
レンズ系をＹ方向及びＺ方向に変位させると共にＸ軸ま
わりで回転させるコミュテータが、対物レンズ系のＸ方
向の位置に応じて対物レンズ系の一方の側のいずれかに
１個又は２個のコイル対及び他方の側の対向配置された
同数のコイル対を同時にオンに切り換えることを特徴と
する。上記対物レンズ系の変位は、Ｘ方向に見て対物レ
ンズ系の中心の両側に位置する４個のコイル対を駆動す
ることにより達成される。

【００１１】本発明による光学式走査装置の好適実施例
は、前記対物レンズ系をＸ方向に変位させると共にＹ軸
まわりで回転させるコミュテータが、対物レンズ系の一
方側の２個のコイル対及び他方の側の対向配置された同
数のコイル対を同時にオンに切り換え、オンに切り換え
られたコイル間のＸ方向の距離が対物レンズのＸ方向の
位置に依存することを特徴とする。このリング磁石は簡
単で有益な方法で配置することができ、対物レンズ系を
占用か自由度で位置及び向きを制御することができる。
Ｚ軸まわりの６番目の自由度は、対物レンズ系かＺ軸に
対称の場合不要である。

【００１２】放射ビームをフローライング対物レンズ系
を通過させるため、本発明による光学式走査装置は、前
記ストローク長にほぼ等しい長さを有する光学結像素子
を前記放射源と対物レンズとの間の光路中に配置し、前
記放射源と前記光学結像素子との間の光路中に配置さ
れ、対物ビームを前記光学結像素子に亘って走査する走
査装置をさらに具え、Ｘ方向に平行な放射ビームを対物
レンズのストロークに亘って変位させることを特徴とす
る。この走査装置（偏向装置）は、例えば極めて軽量な
回動ミラーとすることができ、この結果放射ビームは対
物レンズの急速移動に追従することができる。

【００１３】放射ビームの方向は対物レンズ系のＸ方向
の位置を示す。従って、放射ビームの方向を指示する走
査装置（偏向装置）の位置信号をコミュテータ用の制御
信号として用いることができる。

【００１４】本発明による光学式走査装置の実施例は、
前記対物レンズ系がＸ方向に延在する２個の永久磁石を
有することを特徴とする。磁石の形態がＸ軸を中心とす
る回転対称でなくＸ方向に延在する場合、例えば２個の
棒状磁石の場合、対物レンズ系の位置及び向きは６個の
自由度で制御することができる。従って、ミラーと対物
レンズ系の対物レンズの光軸に対して４５°の角度で配
置できるので、Ｘ軸に平行に伝播する放射ビームを対物
レンズ系内に向けて反射させることができる。

【００１５】コイル装置をＸ方向に延在するスリットの
両側でプリント回路基板上に配置しコイルをプリント回
路に接続すれば、本発明の装置が構成を一層簡単化する
ことができる。さらに、放射源、他の光学素子並びに電
子制御手段は上記プリント回路基板上に配置することが
できる。以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】

【実施例】図１はディスク状光記録媒体１を走査する走
査装置を示す。情報は記録媒体の情報層２に記録され、
この情報層２はスパイラルトラックを構成する多数の同
心状トラック又は擬似同心状トラックとして配置されて
いる多数の光学的に読取可能な区域（図示せず）の形態
として形成される。トラックの集合は所定の幅３を有す
る環状に延在する。情報層２の上側には保護層４が形成
されると共に透明基板５により支持する。情報層２は基
板を通して読み取られる。記録媒体はモータ（図示せ
ず）によって駆動される回転可能な軸６上に配置する。
図面を簡明するため、記録媒体１は軸の上方に図示す
る。

【００１７】情報層２は、対物レンズ１０により情報層
上において焦点スポット１１として収束される放射ビー
ムにより走査する。対物レンズ１０及びこの対物レンズ
の周囲に配置され軸方向に磁化されたリング磁石１２は
対物レンズ系１３を構成し、この対物レンズ系は本発明
においては伸長状の静止コイル装置１５のスリット１４
内で電磁的に支持する。このコイル装置１５を用いて対
物レンズ系は径方向に、すなわちトラックと直交する方
向に移動することができる。記録媒体を回転することに
より、トラックを走査してこのトラックから情報を読取
ることができ、又は情報を記録することができる。記録
媒体の全てのトラックを走査できるようにするため、対
物レンズ系を記録媒体に対して径方向に少なくともトラ
ック集合体の幅３に等しい距離に亘って移動させる必要
がある。リング磁石１２はコイル装置１５と共に、５個
の自由度を以て対物レンズ系の移動を決定する５−Ｄ
（５次元）アクチュエータを構成する。この自由度の量
は、Ｘ，Ｙ及びＺ軸及び対物レンズの光軸を有する矩形
の座標系を基準にして簡単に想定することができる。図
１において、この座標系を走査装置に隣接して図示す
る。Ｘ，Ｙ及びＺ軸は、記録媒体の面の径方向及び接線
方向並びにこの面と直交する光軸方向にそれぞれ対応す
る。５個の自由度は、Ｘ，Ｙ及びＺ軸方向における平行
移動並びにＸ軸及びＹ軸まわりの２個の回転である。６
番目の自由度はＺ軸まわりの回転、すなわち対物レンズ
の光軸まわりの回転であり、このＺ軸まわりの回転は不
要である。この理由は、対物レンズ系はその光軸に対し
て対称であるためである。Ｘ方向の平行移動は、焦点ス
ポット１１を走査すべきトラック上で径方向に維持する
ために（ラジアルトラッキング）並びに対物レンズをあ
るトラックから走査すべき別のトラック変位させるため
に用いる。Ｚ方向の平行移動は、焦点スポットを情報層
２の面内に維持するために用いる。Ｙ方向の平行移動
は、対物レンズ系１３をコイル装置のコイル間の中心に
維持すると共に、例えばビデオ情報を有する記録媒体を
走査する際、生ずるおそれのあるタンゲンシャルの時間
誤差を補正するために用いる。Ｘ軸及びＹ軸まわりの２
個の回転は、対物レンズ１０の光軸を放射ビームの主光
線に平行に維持するために用いる。コイル装置中におけ
る対物レンズ系の位置及び向きの制御、コイル装置の構
成及び制御に必要な信号の発生については図６〜図１０
を参照して説明する。

【００１８】上述した５−Ｄアクチュエータの利点は可
動部品すなわち対物レンズ系１３を小型化できることに
ある。既知のアクチュエータの可動部品、例えば米国特
許明細書第４３６３１１６号に記載されている可動部品
は、対物レンズを光軸方向に移動させる焦点アクチュエ
ータと水平方向に進行する放射ビームを上方向に偏向す
ると共に焦点スポットを径方向に微細制御するための平
面ミラーを収納するキャリッジを具える。このキャリッ
ジは相対的に重く、例えば２０ｇｒ以上あり、このキャ
リッジを走査すべきトラックに向けた変位させるのに大
きな力が必要である。本発明による装置は、対物レンズ
系１３だけがアクチュエータの可動素子となるように設
計する。この対物レンズ系は極めて軽くすることがで
き、例えば１ｇｒ以下にすることができるので、この対
物レンズ系は極めて高速に移動することができる。本発
明による走査装置では、任意のトラックへのアクセス時
間は既知の装置よりも一層短縮できること明らかであ
る。既知のキャリッジの別の課題はキャリッジが固有振
動のスペクトラムを有することであり、この課題は本発
明による装置では発生することはない。固有振動の周波
数がキャリッジの制御周波数帯域内にある場合、制御ル
ープに位相損失が生じ、制御が不安定になるおそれがあ
る。例えば、対物レンズ系をキャリッジ中で支持するた
めに用いられるリーフスプリングの寄生固有振動の周波
数は５００Ｈｚと２ｋＨｚの間にある。キャリッジの構
成部材の固有振動は一般的に１ｋＨｚと２０ｋＨｚの間
にある。これら周波数の大部分は、必要な制御レートに
依存する１〜４ｋＨｚのキャリッジ制御の周波数帯域内
にある。本発明による対物レンズは５ｍｍの特有の寸法
の小型なものであり、その固有振動の周波数は約１００
ｋＨｚすなわち制御の周波数帯域をはるかに超えている
から、対物レンズだけが径方向に移動する可動素子であ
る本発明による装置は制御が一層安定になる利点があ
る。本発明による装置において、対物レンズ系はリーフ
スプリングにより支持されないので、リーフスプリング
を用いる場合の固有の問題例えばスプリング定数や焦点
制御が不安定になるダンピングの変化はもはや生じな
い。

【００１９】記録媒体１を走査するための放射は、例え
ばダイオードレーザのような放射源を有する光学装置２
０から供給する。この光学装置は放射ビーム２１を発生
し、このビームは、図１に示すように回動ミラー２２に
より構成される偏向装置により所定の角度に亘って偏向
される。本発明では、ビーム２１は回動ミラー２２の回
転軸上に集束する。図１において、素子２３は走査レン
ズで、すなわち円形レンズの棒状部分で構成する。ビー
ム２１は走査レンズ２３の焦点に集束するので、ビーム
２４は走査レンズの光路を通過した後走査レンズの光軸
に平行な主光線に平行になる。回動ミラー２２は走査レ
ンズ２３の全長に亘って放射ビームを偏向するので、平
行ビームは同一長に亘って変位するこの変位中、ビーム
２４の主光線は走査レンズの光軸平行に維持される。こ
の理由は、回動ミラー２２が走査レンズの焦点に位置す
るからである。走査レンズの光軸に対して４５°の角度
で配置した平面ミラー２５により、ビーム２４は主光線
がＺ軸に平行なビーム２６として反射され、このビーム
は対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０はビーム
２６を情報層２上で焦点スポット１１として集束する。
回動ミラーは、ビーム２６が対物レンズ１０のほぼ中心
に入射するように制御される。情報層で反射してビーム
は上述した光路を経て光学装置２０に入射する。この光
学装置２０には、既知の方法で放射感知検出ユニット
（図示せず）が設けられ、この検出ユニットにおいて信
号処理前デコード回路により反射ビームの変調を記録媒
体から読み取った情報を含む情報信号及びラジアル制御
及びフォーカシング制御を行うサーボ信号に変換する。

【００２０】光軸に対して４５°の角度で配置した平面
ミラー２５は上述した米国特許第４３６３１１６号明細
書に記載されている装置において同一の機能を有するミ
ラーと同様に移動する必要はないこと明らかである。従
って、可動部材は一層軽量で小型になり、この結果固有
振動の周波数は一層高くなる。さらに、投射ビームに対
するミラーの向きを維持するため、対物レンズ系に固定
されているミラーにより上述した対物レンズ系のＺ軸ま
わりの回転である６番目の自由度を固定する必要があ
る。これにより、アクチュエータは複雑になる。可動部
材すなわち対物レンズ系１３及び回動ミラー２２が軽量
になることによりアクセス時間は大幅に短縮される。

【００２１】平面ミラー２５に加えて又は平面ミラーの
代わりに光路を折り曲げるミラーを光路中の任意の位置
に配置することができる。走査レンズ２３と対物レンズ
１０との間の代わりに、光学装置２０と回動ミラー２２
との間及び／又は回動ミラー２２と走査レンズ２３との
間に平面ミラーを配置することができる。平面ミラー２
５を削除した場合、走査レンズ２３は図１に示す位置に
対してＸ軸を中心にして９０°回転させると共に対物レ
ンズの下側に配置する必要がある。

【００２２】走査レンズ２３は少なくとも対物レンズ１
３のストロークに亘たる長さを有している。放射光路を
所望の性能に維持するために走査レンズに課せられる光
学要件は、この走査レンズの長さに拘わらず極めて厳格
なものではない。すなわち、如何なる瞬時においてもビ
ームは走査レンズの微小部分しか用いないため、この走
査レンズの微小部分の光学誤差だけが重要である。

【００２３】図１に示す走査レンズ２３は円形レンズの
中央部分から切り取った棒状部分で構成される。図２ａ
に示すように、円形レンズ２７から棒状部分を１個だけ
作ることができる。図２において、１点鎖線２８は走査
レンズ２３の中心を通る円形レンズの光軸である。図２
ｂに示すように、単一の円形レンズ２７から２個の棒状
レンズを得ることができる。一方の棒状レンズ２９は円
形レンズの光軸２８の上側に直接位置し、破線で示す他
方の部分３０は下側に直接位置する。この場合、円形レ
ンズの光軸は棒状レンズ２９及び３０の中心を通らな
い。このような光軸がずれた棒状レンズ２９又は３０を
装置内に配置する場合、これら棒状レンズは、光軸が一
致する棒状部レンズ２３とは異なり、もとの円形レンズ
での光軸と平行な棒状レンズの中心を通る軸上の焦点面
内の位置を通る光ビームで照射すべきではない。実際
に、棒状レンズ２９又は３０は、それ自体の光軸からず
れた位置を通る光ビームで照射される。これにより、コ
マ収差のようなレンズ誤差が増大する。このレンズ誤差
は例えばダブレットのような多重レンズによってだけ補
償することができる。このレンズ誤差は、円形レンズ２
７の光軸上の点から棒状レンズ２９又は３０を、照射す
ることにより除去することができる。

【００２４】図３は、棒状レンズの代わりに光学的強度
素子２を棒状の中空ミラー３１とした本発明による装置
の実施例を示す。ビーム２１は回動ミラー２２の回転軸
上の点に集束させる。この点は、放物体の一部分である
中空ミラー３１の焦点でもある。ビーム２１は中空ミラ
ーの焦点に集束するので、ビーム２６は、中空ミラーで
反射した後、主光線が放物体の光軸に平行な平行ビーム
となる。回動ミラーの回動は対物レンズ系の移動に適合
しているので、ビーム２６は平行に変位し、ビーム２６
は対物レンズ系１３に追従する。

【００２５】上記実施例において、ビーム２１は回動ミ
ラー２２上に集束する。この反射面上に付着したほこり
によるビームの反射率の低下を防止するため、このミラ
ーの背面側に反射性コーティングを形成することが好ま
しい。一方、この場合反射面に生ずるおそれのある微小
な孔（ピンポール）により反射損失が生ずるおそれがあ
る。一方、ビーム２１が回動ミラー上に正確に集束しな
い場合（回動ミラーの直前又は直後に集束する場合）、
ビームは反射面上でスポットを形成し、このスポットは
微小な孔やほこり粒子の寸法よりも相当大きいため、微
小な孔やほこり粒子による影響を相当低減させることが
できる。また、ビーム２１の焦点と回動ミラーとの間の
距離はあまり長くすべきではない。この理由は、走査レ
ンズ２３（図１）又は中空ミラー（図３）が照射される
位置が回動ミラーの回動中に遠く変位しすぎてしまい、
これらレンズ又はミラーの後方におけるビーム２６の方
向が変位してしまうからである。

【００２６】回動ミラー２２のほこり及び孔の影響は光
路中にシリンドリカルレンズを配置することにより低減
することができる。シリンドリカルレンズを用いる装置
の実施例を図４に示す。光学装置２０からのビーム２１
はシリンドリカルレンズ４０により回動ミラー２２上に
焦線４１を形成する。この焦線は回動ミラーの回転軸に
平行とする。孔又はほこり粒子はライン状スポット４１
の微小部分にしか存在しないので、このような孔やほこ
りによりビームはほとんど影響を受けない。

【００２７】走査レンズによって形成されたビーム２４
を平行にするため、第２のシリンドリカルレンズを光路
中に配置する必要がある。このため、走査レンズをシリ
ンドリカルレンズ４２とし、そのシリンドリカル軸をシ
リンドリカルレンズ４０のシリンドリカル軸と平行にす
る。また、図３の装置において、シリンドリカルレンズ
４０に図４の位置と同一の位置に配置してミラー２２上
の孔やほこりの影響を低減することができる。この場
合、第２のシリンドリカル作用体は、放物体の一部とす
る代わりに放物状の円筒体の形状とすることにより中空
ミラー３１中に配置することができる。シリンドリカル
レンズ４０と図３の装置の放物状のシリンドリカルミラ
ーとを組み合わせることにより、ビーム２６の幅が回動
ミラー２２の位置に依存しない別の効果が達成される。

【００２８】図５ａは回動ミラーを省いて小型にした装
置の実施例を示す。回動ミラーの機能は、回転軸４４の
まわりで回動可能な光学装置により達成される。光学装
置２０は回転軸４４上の点から射出した発散性ビーム４
５を発生し、この回転軸上の点は走査レンズ２３の焦点
に位置する。光学装置２０は小型及び軽量にすることが
できるので、高い走査速度を達成できる。この構成によ
り走査レンズ２３をシリンドリカルにすることができ、
このレンズのコストを安価にできる利点が達成される。

【００２９】ビーム４５を偏向するため、図５ｂに示す
ように、例えば音響光学素子又は光学走査装置のような
電子駆動走査装置４６を機械的駆動装置の代わりに用い
ることができる。

【００３０】上記実施例で用いた素子の多くを組み合わ
せることができること明らかである。例えば、図４及び
図５に示す装置は、図１に基づいて説明した平面ミラー
２５を用いることなく構成できる。

【００３１】記録媒体が走査される期間中、対物レンズ
系１３によって形成される焦点スポット１１を走査され
るべきトラック上に維持する必要がある。このため、対
物レンズ系の位置及び向きをトラックに対して制御する
必要がある。対物レンズ系に対するビーム２６の位置も
対物レンズ１０が正確にビームを投射するように制御す
る必要がある。これらの制御信号の発生については図６
及び図７に基づいて説明する。

【００３２】図６は本発明による走査装置の光路を線図
的に示す。放射源５０から放射ビーム５１を発生し、こ
のビーム光学装置５２に平行なビーム２６とし、対物レ
ンズ１０により情報層２に焦点スポット１１を形成す
る。情報層のトラック７は紙面と直交する方向に延在す
る。情報層２で反射した放射の一部はビームスプリッタ
５３により投射ビームの光路から検出系５４に向けて反
射する。ビームスプリッタは分離プリズム、回折格子又
は部分的透過性ミラーとすることができる。図面上ビー
ムスプリッタの界面だけを示す。放射源、ビームスプリ
ッタ、検出ユニット及び光学系の一部は図１に示す光学
装置２０内に収納することができる。光学装置５２は走
査装置、走査レンズ２３及び必要に応じた平面ミラーを
含む。

【００３３】対物レンズ系とビーム２６の相対位置及び
向きを制御するため、対物レンズとビーム２６の主光線
との間のＸ方向及びＹ方向における偏位及び対物レンズ
のＸ軸及びＹ軸まわりの傾きを測定して、偏位及び傾き
を制御装置により除去する。対物レンズのＸ軸まわりの
傾きは傾斜角αとして表示し、Ｙ軸まわりの傾きは傾斜
角βとして表示する。対物レンズの距離及び傾きは本願
人による特開昭６２−３４３８号公報に記載されている
原理に基づいて測定することができる。

【００３４】環状の反射体５７を対物レンズの周囲に固
定する。この環状反射体は円錐形、すなわち反射面に対
する法線が対物レンズ１０の光軸に対して平行ではな
い。環状反動体はビーム２６の外側環状部分を対物レン
ズの入射瞳の外側に反射する。その位置を満足できるよ
うに決定するため、ビームが円錐形をした反射体の外径
よりも小さい径を有するか又はビーム強度が環状反射体
の径方向において変化する必要がある。環状反射体を対
物レンズに対して固定するため、図６に示すように、環
状反射体７５は対物レンズを固定するための対物レンズ
ホルダ又は支持部材４９の一部を構成させることができ
る。或いは、環状反射体は対物レンズ支持部材上に又は
その内部に固定される個別の素子とすることができる。
図６の破線で示す反射した環状ビーム５６はビームスプ
リッタ５３を経て放射感知検出ユニット５４に入射し、
この検出ユニット上で環状の放射スポットを形成する。

【００３５】図７は検出ユニット５４の正面図である。
図示したＹ軸及びＺ軸の方向は図６に示す方向に対応す
る。検出ユニット５４は細い中間細条（図示せず）によ
って分離された２個の検出器リング５８及び５９を具
え、各リングはそれぞれ４個の検出器６１，６２，６３
及び６４，６５，６６，６７及び６８を具えている。環
状放射スポットのリムは図７の破線６９で図示する。こ
の放射スポットの平均直径は中間細条の直径に等しい。

【００３６】８個の検出器中の放射分布は環状反射体５
７の相対位置及び向きに依存し、つまり対物レンズ１０
とビーム２１との相対位置及び向きに依存する。対物レ
ンズのＸ軸又はＹ軸よりの傾きによって環状放射スポッ
ト６９がＹ軸又はＺ軸方向に移動する。Ｘ軸又はＹ軸に
沿う反射体５７の変位によって環状放射スポット６９中
の放射分布が変化し、Ｘ軸方向に変位する場合検出ユニ
ットの上側部分は下側部分よりも一層多くの又は一層少
ない放射を受光する。この理由は、環状反射体の検出器
素子に対応する部分に入射するビーム２６の放射量はも
はや等しくならないためである。同様に、Ｙ軸方向に変
位すると、検出系の左側部分は右側部分よりも大量の又
は少量の放射を受光する。

【００３７】検出器信号を大文字のＳで表し、各検出器
の番号を添字として付加すると、信号Ｓ_X及びＳ_Yで表
示されるＸ軸及びＹ軸方向の変位及び信号Ｓα及びＳβ
で表されるこれらの軸まわりの傾きは以下の式で与えら
れる。

【数１】Ｓ_X＝（Ｓ₆₁＋Ｓ₆₂＋Ｓ₆₅＋Ｓ₆₆）−（Ｓ₆₃＋Ｓ₆₄＋Ｓ₆₇＋Ｓ₆₈）Ｓ_Y＝（Ｓ₆₂＋Ｓ₆₃＋Ｓ₆₆＋Ｓ₆₇）−（Ｓ₆₁＋Ｓ₆₄＋Ｓ₆₅＋Ｓ₆₈）Ｓα＝（Ｓ₆₂＋Ｓ₆₃＋Ｓ₆₅＋Ｓ₆₈）−（Ｓ₆₆＋Ｓ₆₇＋Ｓ₆₁＋Ｓ₆₄）Ｓβ＝（Ｓ₆₁＋Ｓ₆₂＋Ｓ₆₇＋Ｓ₆₈）−（Ｓ₆₅＋Ｓ₆₆＋Ｓ₆₃＋Ｓ₆₄）複合信号Ｓ_X，Ｓ_Y，Ｓα及びＳβは互いに独立し、い
かなるクロストークも生じないので、種々の変位及び傾
きが互いに独立して検出することができる。対物レンズ
のＺ軸まわりの回転により環状放射スポット６９は変化
せず、従って検出器信号に影響を及ぼさない。放物レン
ズがＺ軸に沿って僅かに変位しても、環状放射スポット
６９は変化しない。

【００３８】対物レンズと記録媒体中のトラックとの間
の相対位置を制御するため、対物レンズによって形成さ
れる焦点スポット１１のＺ軸方向の位置と情報層２との
間の偏位及び焦点スポット１１のＸ軸方向の位置と走査
すべきトラックの中心との間の偏位を測定する必要があ
る。おこり得る情報面の非平坦性や傾き及びトラックの
ずれに拘わらず、対物レンズ系の位置は、検出した偏位
により放射ビームが常時情報面上に鮮明に集束し焦点ス
ポットが所望のトラックを追従するように制御すること
ができる。

【００３９】対物レンズのＺ軸方向の位置を通常のフォ
ーカスエラー検出方法により対物レンズと情報面との間
の距離として検出し、情報面上でのビームのフォーカシ
ングを制御する。例えば、米国特許第４０２３０３３号
から既知の非点収差フォーカスエラー検出方法を図６の
光学系において用いることができる。このため、ビーム
スプリッタ５３と検出ユニット５４との間に例えば非点
収差を誘導するシリンドリカルレンズ又は回折格子を配
置して、情報層で反射したビーム５５に非点収差を与え
る。このビームは検出ユニット５４の一部となる４分割
検出器７０で検出する。４分割検出器の４個の検出器を
図７において符号７１，７２，７３及び７４で示す。フ
ォーカスエラーすなわちＺ軸方向の偏位を表わす信号Ｓ
_Zに次式で与えられる。

【数２】Ｓ_Z＝（Ｓ₇₁＋Ｓ₇₃）−（Ｓ₇₂＋Ｓ₇₄）

【００４０】対物レンズのトラックに対するＸ軸方向の
位置を走査すべきトラックの中心線と焦点スポットの中
心との間の距離として検出し、通常のトラッキングエラ
ー検出方法を用いてビームのトラッキング制御を行う。
例えば、米国特許第４０５７８３３号から既知のプッシ
ュプルトラッキングエラー検出方法を用いて図６の光学
系に適用する。トラッキングエラーすなわちＸ軸方向の
変位を表わす信号Ｓ_Rは次式で表される

【数３】Ｓ_R＝（Ｓ₇₁＋Ｓ₇₂）−（Ｓ₇₃＋Ｓ₇₄）このトラッキングエラー信号はＳ_Rで示し、同様にＸ軸
方向の変位を表わす信号Ｓ_Xと区別する。この信号Ｓ_X
は対物レンズのビーム２６に対する変位を表わすが、ト
ラックに対する焦点スポットの変位を表わすものではな
い。

【００４１】図４は発明によるコイル装置の実施例を示
す斜視図である。コイル装置は一連のコイル対を具え、
各コイル対は、Ｚ軸に平行なコイル軸を有し上下に配置
された２個の同軸コイルを具える。図４の前側は２個の
コイル対を断面で示し、一方のコイル対はコイル７６及
び７８を有し、他方のコイル対はコイル７７及び７８を
有する。これら一連のコイル対は対物レンズ系を収納す
るスリット１４の両側にストローク長に亘って２個の平
行な列として配置する。各コイル対の２個のコイルは容
易に電気的に接続されるようにプリット回路基板８０の
上側及び下側に配置する。走査装置及びコイル装置用の
制御手段及び光学装置のような他の部材は上記プリント
回路基板８０上に装着することができる。コイル装置の
上側及び下側にストッパ７５を設け対物レンズ系１３の
Ｚ軸方向の移動を制御すると共に静止コイル系を流れる
電流がオフに切り換えられたとき対物レンズ系が移動す
るのを防止する。好ましくは、対物レンズ系は、コイル
装置がオフに切り換わる前にストロークの端点まで移動
し、例えばコイル装置のスリット１４内に挿入したアー
ム７５′によりこの端点に保持し、装置がオフに切り換
わったとき対物レンズ系がスリット中を移動して損傷を
受けないようにする。また、対物レンズ系は１個又はそ
れ以上のＸ軸まわりの傾斜停止部材により保持してこれ
ら停止部材間に保持することができる。ある時間に亘っ
て記録媒体を走査する必要がない場合、対物レンズ系を
上記機械的手段によって保持し、コイル装置によって対
物レンズ系を保持しないようにすることが好ましい。こ
れにより装置のエネルギー消費を低減できる。

【００４２】５−Ｄアクチュエータが対物レンズ系を５
個の自由度で移動できる方法は現在のモデルに基づいて
容易に説明できる。このモデルにおいて、軸方向に磁化
した永久磁石を、この磁石の外側を通る電流として示
す。図８ａは隣接する４個のコイル７６〜７９間の中間
位置にある対物レンズ系のＹ−Ｚ面を断面として示す。
Ｘ軸は紙面と直交し紙面の後側に向くものとする。電流
は紙面と交差する集中電流として簡単な形態で示し、円
７６′，７７′，７８′及び７０′で図示する。リング
磁石の擬似電流は集中電流１２′及び１２″として図示
する。図８に示す状態は、リング磁石に近接配置したコ
イル７７の巻線を流れる電流７７′が裏面に向けて流れ
るように図示され、下側のコイル７９の電流７９′が紙
面の前面側に向くように図示する。互いに等しい方向の
電流が流れる素子は互いに引き付け合うので、リング磁
石１２の右側の部分はコイル７７に引き付けられ、コイ
ル７９により反発される。Ｆ１及びＦ２で示すリング磁
石に作用する力は結果としてＺ軸方向の力Ｆ３となる。
対物レンズ系の外側のコイル７６及び７８を流れる電流
が図示の方向を有しコイル７７及び７９を通る電流と同
一の大きさを有する場合、対物レンズ系はその両側で等
しい上向きの力を受けることになる。電流７６′，７
７′，７８′及び７９′を同時に制御することにより、
対物レンズのＺ軸方向の位置を制御することができる。
電流７６′及び７８′の方向が反転すると、対物レンズ
系の左側は下向きの力を受け、右側は上向きの力を受け
る。対物レンズのＸ軸まわりの傾きはこのようにして補
正される。同様に、電流７６′及び７７′の方向を図示
の状態から反転させることにより対物レンズ系をＹ軸方
向に変位させることができる。

【００４３】対物レンズがＸ軸方向に変位すると、電流
７６′，７７′，７８′及び７９′により発生リング磁
石に作用する力はリング磁石と４個組のコイル７６，７
７，７８及び７９との間の距離が増大するに従って減少
する。この力の低下を防止するため、対物レンズ系がＸ
軸方向に変位する期間中隣りのコイルに付勢電流を徐々
に供給し、対物レンズに最も近接するコイルに常時付勢
電流を流す。例えば、対物レンズが図８ａに示す位置か
らコイル間隔の半分に等しい距離だけＸ方向に変位する
場合、各電流７６′，７７′，７８′及び７９′の半分
の電流を４個コイル７６，７７，７８及び７９に供給し
他の半分の電流はＸ方向に隣接するコイル組に供給する
必要がある。また、対物レンズ系が図８ａに図示する位
置からコイル間隔の３／４の距離だけ変位する場合、電
流比は１／４：３／４とする。ここで、コイル間隔は、
隣り合って位置するコイル組の中心間距離とする。

【００４４】対物レンズ系のＸ軸方向の移動について図
８ｂに基づいて説明する。図８ｂは５−Ｄアクチュエー
タの一部をＸＹ面で切った断面として示す。Ｚ軸は紙面
と直交し紙面の前面側に向くものとする。図８ａの状態
に関し、対物レンズ系はＸ軸方向にコイル間隔の半分に
亘って移動した。図８ｂは隣接する第１，第２及び第３
のコイル組７６，７７；８１，８２；８３，８４を示
す。これらコイル組の上下に隣接するコイルは図８ｂで
は図示しない。対物レンズ系を＋Ｙ方向に移動させるた
め、各コイル７６，７７，８１及び８２の電流は図示の
方向に流れ、上下に隣接するコイル及び隣接するコイル
組に同一電流量及び同一方向の電流を供給する必要があ
る。電流１２′と８２′及び１２′と７７′によって発
生しリング磁石の外周に亘って積算されリング磁石に作
用する力をＦ４及びＦ５として示す。コイル７７，８２
及び２個の隣接するコイルによってリング磁石１２に作
用する合成力は＋Ｘ方向に向く。リング磁石の左側に位
置するコイル７６及び８１を流れる電流により同一の合
成力がリング磁石に作用する。従って、電流７６′，７
７′，８１′及び８２′により対物レンズ系に作用する
合成力は＋Ｘ方向に作用する。対物レンズ系をＸ方向に
移動すると、電流を徐々に他のコイルに流してリング磁
石に同一の力を作用させる必要がある。対物レンズ系の
中心がコイル８１及び８２の中心を結ぶライン１に到達
すると、コイル８１及び８２による前進力は零になる。
コイル８１及び８２の作用は次のコイル８３，８４に引
き継がれ、コイル７６，７７，８３及び８４によりＸ方
向移動が維持される。対物レンズ系の中心がライン２に
近づくと、コイル８１及び８２からの前進力が作用しコ
イル７６及び７７の作用を引き継ぐことになる。

【００４５】Ｙ軸まわりの傾きは、図８ｂに示すコイル
７６，７７，８１及び８２並びに関連する隣接コイルに
より行うことができる。この傾きに必要な電流は図８ｃ
に示す。図８ｃは対物レンズ系の中心から見て右側に位
置する４個のコイル７７，７９，８２及び８５を示す。
リング磁石の擬似電流１２′は長い矢印で表示してコイ
ル７７及び７９によりリング磁石に作用する力とコイル
８２及び８５により作用する力とを区別する。リング磁
石の＋Ｘ方向の部分すなわち矢印１２のヘッドに近接す
る部分は電流８２′により引き付けられると共に電流８
５′により反発され、この結果＋Ｚ方向の力を受ける。
リング磁石の−Ｘ方向の部分は電流７７′により反発さ
れ電流７９′により引き付けられるので、−Ｚ方向の力
が作用する。この両方の力が合成されて、対物レンズ系
をＹ軸まわりで傾かせる。対物レンズ系の左側に位置す
るコイル７６及び８１並びに隣接するコイルの電流分布
は、等しく同一の方向の合力が生ずるように設定する必
要がある。対物レンズの中心がコイル８１と８２の中心
を結ぶラインｌに近づくと、コイル８１及び８２の作用
は次のコイル８３及び８４に引き継がれ、Ｘ方向の変位
の場合と同様な状態となり、コイル７６，７７，８３及
び８４並びに隣接するコイルによってＹ軸まわりの傾き
が維持される。

【００４６】５個の自由度のうちのある自由度において
対物レンズ系を移動させるため静止コイル系のどのコイ
ルを付勢すべきか並びにどの方向の付勢電流を供給すべ
きかについて説明した。付勢すべきコイルの電流を反転
させることにより反対方向に同様に変位させ得ること明
らかである。対物レンズ系が異なる移動を同時に行う必
要がある場合、例えば変位と傾動を同時にする場合、選
択したコイルの各々に、関連するコイルを付勢して個別
の移動を行うための個別の電流の和となる電流で付勢す
る。対物レンズ系が静止している場合、リング磁石にＺ
方向の力を作用させて比重による効果を補償する必要が
ある。本発明の対物レンズ系は軽量であるため、この目
的を達成するために必要な電力は一般的に１ワット以下
である。

【００４７】記録媒体がＺ方向に大きく変位する場合、
対物レンズ系はＺ方向に大きなストロールを有する必要
がある。図８ａ，８ｂ及び８ｃに示す５−Ｄアクチュエ
ータのＺ方向のストロールは、本願人による欧州特許明
細書第２３３３８０号から既知のように、ボード８０の
上側及び下側のコイル対間に付加的なコイル列を配置す
ることにより増大させることができる。この付加的なコ
イルは主として対物レンズ系をＸ及びＹ方向に変位させ
るため用い、コイル対はＺ方向に変位させると共にＸ軸
及びＹ軸まわりの傾動のために用いる。Ｚ方向の長いス
トロークは、本願人による特開昭６２−３８５３９号及
び特開昭６２−５４８４４号公報から既知のように、巻
線の一部がリング磁石１２の上側及び下側に位置するコ
イル系により行うことができる。この巻線はコイル対又
は特別のコイル列の一部で構成できる。この巻線は対物
レンズ系をＺ方向で包囲するので、この巻線はストッパ
７５の機能を果たす。

【００４８】本発明の走査装置の上述した実施例におい
て、コイルのコイル軸をＺ軸方向とし、対物レンズ系の
永久磁石はＺ方向に磁化している。スリット１４に近接
して位置するコイル巻線の部分は力を発生させるために
重要であり、スリットから遠く離れた部分の向きはあま
り重要ではない。従って、コイル軸がＺ軸からずれても
アクチュエータの動作にほとんど影響を及ぼさない。し
かしながら、スリット側の巻回密度をできるだけ高くし
て所定の電流で対向レンズに最大の力を作用させる必要
がある。この作用は矩形断面のコイルを用いることによ
り容易に達成できる。アクチュエータはＸ軸に平行な軸
で構成することができ、この場合永久磁石はＸ軸方向に
磁化させる必要がある。

【００４９】図９は図１の走査装置の対物レンズ系の位
置及び向き並びに走査系を制御する回路の実施例を示
す。光学装置２０で発生した６個の信号Ｓ_X，Ｓ_Y，Ｓ
α，Ｓβ，Ｓ_Z及びＳ_Rを回路において以下のように利
用する。径方向すなわちＸ方向における焦点スポットの
追従すべきトラックからのずれを表すトラッキングエラ
ー信号Ｓ_Rを用いて対物レンズ系のＸ方向の位置を補正
してトラッキングエラーを最小にする。トラックの焦点
に対するずれを表す、フォーカスエラー信号Ｓ_Zを用い
て対物レンズ系のＺ軸方向の位置を補正する。対物レン
ズの光軸のビーム軸に対するＸ軸及びＹ軸まわりの回転
角を表す信号Ｓα及びＳβを用いて、これらの信号がで
きるだけ小さくなるように対物レンズの向きを制御す
る。信号Ｓ_Yは、対物レンズ系の中心が放射ビーム７６
の中心に対してＹ軸方向にどれだけ変位しているのかを
表す。走査装置を満足し得るように設計することによ
り、放射ビームの中心をコイル系のスリット１４の中心
線上に常時位置させることができる。対物レンズのＹ方
向の位置を信号Ｓ_Yにより対物レンズ系の中心とビーム
の中心との間の距離ができるだけ小さくなるように補正
することにより、対物レンズ系はＹ方向に見てスリット
１４の中心に維持される。対物レンズ系の中心が照射ビ
ームの中心に対してＸ方向にどれだけ変位しているかを
表す信号Ｓ_Xを用いて、照射ビームがＸ方向において対
物レンズ系をできるだけ正確に追従するように回動ミラ
ー２２を制御することにより、対物レンズはストローク
３内において全ての位置で正確にビームを照射する。回
動ミラーの制御は粗制御であり、前述した米国特許第４
３６３１１６号から既知の装置におけるキャリッジの粗
制御の代わりをなす。

【００５０】図９に示すように、光学装置２０で発生し
た信号Ｓ_Xは増幅兼安定化回路８７を介してユニット８
８の制御入力に供給する。このユニットは回動ミラー２
２を回動させるナクチュエータ及び回動ミラー用の向き
センサを具える。このセンサから供給される信号Ｓ_Mは
回動ミラーの向きすなわち照射ビームのＸ軸方向の位置
を表す。このセンサは、光学センサ、容量性センサ又は
誘導性センサとすることができる。増幅兼安定化回路８
７は、回動ミラー用の制御を安定化する既知の増幅器及
びフィルタを具える

【００５１】信号Ｓ_R，Ｓ_Y，Ｓ_Z，Ｓα及びＳβは増
幅兼安定化回路８９〜９３を介してマトリックス回路９
４のＸ，Ｙ，Ｚ，α及びβ制御入力部にそれぞれ供給す
る。尚、回路８９〜９３の機能は回路８７の機能を同様
である。このマトリックス回路は本願人の欧州特許明細
書第２３３３８０号から既知であり、入力信号に応答す
ると共に比例する複数の出力信号を各入力信号毎に発生
する。これら出力電流はコイル装置１５に供給され関連
する入力信号に基づいて対物レンズ系の移動を達成す
る。このマトリックス回路により５個の入力信号と１２
個の出力信号との間の関係が確立され、この関係はマト
リックス中の数として表すことができる。例えば、対物
レンズ系のＺ軸方向の位置間の信号Ｓ_Zは増幅兼安定に
回路９２を介してマトリックス回路９４のＺ制御用の入
力端子に供給する。この回路は、対物レンズ系をＺ軸に
沿って移動させる図８ａにおける７６′，７７′，７
８′及び７９′として示す４個の出力電流を発生する。
これら４個の出力電流は増幅兼安定化回路９２の出力信
号に比例する。同様に、信号Ｓ_Zと関連する４個の電流
に加えられる４個の出力電流と信号Ｓ_Y及びＳα用に発
生する。４個の出力電流は少なくとも５本のワイヤから
成るバンドル９５を介して電流器９６に供給される。こ
こで、出力電流毎に１本のワイヤを割り当て、１本は共
通ワイヤとする。マトリックス回路は信号Ｓ_X及びＳβ
の各々毎に８個の出力電流を発生し、これら出力電流の
うち４個の電流を図８ｂにおいて７６′，７７′，８
１′及び８２′として図示しボート８０の上側のコイル
を付勢するために用い、他の４個の出力電流は下側のコ
イルを付勢するために用いる。信号Ｓ_X及びＳβと関連
する８個の電流から成る２列の電流は２個毎に加え合わ
されて少なくとも９本のワイヤから成るバンドル９７を
介しコミュテータに供給する。

【００５２】本発明の走査装置を満足し得るように作動
させるため、バンドル９５及び９７のワイヤを経て供給
された電流を上述したようにコイル装置のコイルを流れ
るようにするコミュテータ９６が必要である。このコミ
ュテータは種々の通常の方法で構成することができる。
対物レンズ系１３が図８ｂの位置にある場合、バンドル
９５の４個の電流は、図８ａに基づいて説明したよう
に、下側の４個のコイルと共にコイル７６，７７，８１
及び８２に供給する必要がある。さらに、バンドル９７
を流れる８個の電流の各々は、図８ｂに基づいて説明し
たように、コイル７６，７７，８１，８２並びに下側の
４個のコイルに供給する。図８ｂにおいて対物レンズ系
１３がコイル８１と８２を結ぶラインｌ₁上に位置する
場合、バンドル９５を流れる４個の電流はコイル８１，
８２並びに２個の下側のコイルに供給され、バンドル９
７を流れる８個の電流はコイル７６，７７，８３，８４
及び下側の４個のコイルに供給される。対物レンズ系が
Ｘ方向に沿って変位する場合、コミュテータは対物レン
ズが移動する方向にあるコイルに徐々に大きな電流を供
給し、対物レンズが遠去かる側のコイルには徐々に小さ
い電流を供給し、コイル系からリング磁石に作用する力
をリング磁石の依存しないようにする。コイル及びリン
グ磁石の形状に応じて、位置に依存する電流を増大又は
減少させて電磁力にかかわらず所望の位置まで移動させ
る必要がある。ここのコイルを矩形断面とすることによ
り、必要となる電流の増大及び減少量を低減することが
できる。コイル間隔がリング磁石の直径に比べて小さい
場合、対物レンズに近接し付勢されるコイルの数を増加
して適正な電磁力分布を形成すると共に電流強度が高く
なるのを防止する必要がある。

【００５３】コイルを適切に選択するため、コミュテー
タは対物レンズ系の位置を知る必要がある。この情報は
ユニット８８内の位置センサからの信号Ｓ_Mにより得ら
れ、この位置信号は照射ビームのＸ軸方向の位置を指示
すると共に制御中には対物レンズ系の位置を指示する。
コミュテータは１２個の入力の電流を上述したように多
数の出力に分配し、図９のコイル系の各コイル毎に１個
の出力電流を分配する。コイル装置のコイルの数は、ス
トローク３の長さ、対物レンズ系の大きさ、リング磁石
の磁界強度及び所望する制御精度により決定する。図９
に示す装置において、対物レンズ系の直径はコイル間隔
の２〜３倍に等しく、コイル装置の各列は９個のコイル
対を有している。従って、この場合コミュテータの出力
の数は３６個となる。

【００５４】整流器96の出力端子は各入力電流を増幅す
る増幅器ユニット98の同数の入力端子へ接続する。この
増幅器ユニットの各出力端子はコイル装置のコイルに接
続する。これらの結線は導線とボード80上の印刷トラッ
クとの両方またはいずれか一方を介して実現されて得
る。光学装置20とユニット88と共に、増幅器兼安定化回
路、マトリックス回路、コミュテータ及び増幅ユニット
のような制御素子をボード80上に装着して接続の数を制
限し且つ費用を低減することができる。

【００５５】焦点を加速された状態で別のトラックへ移
行するように、トラック列をスキップさせるためには、
対物レンズ系は短時間でＸ方向に急速に移動する必要が
ある。この急速な移動のために、この装置は、焦点スポ
ットの既知の、現在位置と新しい所望の位置とに基づい
たサーチ信号Ｓ_Sを発生する。サーチ信号Ｓ_Sがパルス
発生器99を付勢する。このパルス発生器により発生され
たパルスは加算器回路100 を介して信号Ｓ_Rへ加えられ
る。このパルス期間中リング磁石にＸ方向の大きい力が
作用し、その力は最初に対物レンズ系を加速し、それか
ら対物レンズ系を減速する。急速な移動の終端点は既知
の方法で通過したトラックを計数することにより又は通
路の端部の直前に記録担体からのアドレス情報を読み取
って対物レンズ系が停止しなくてはならない点を正確に
決定することにより決定され得る。

【００５６】動作中にコイルシステムは重力を補償する
ようにリング磁石に一定力を働かさねばならない。図９
では、この力はＺ方向とする。振幅が対物レンズ系の質
量にとＺ方向の変位に対する制御ループの特性とに依存
する一定信号を加算器回路102 を介して回路101 におい
て信号Ｓ_Zに加えられた場合に、Ｚ軸に沿う位置制御の
効果が改善される。

【００５７】本発明による装置はこのとき以下のように
動作し得る。この装置が動作を開始すると、放射ビーム
が最初に対物レンズ系が保持されるコイル装置のスリッ
ト内の位置に向かって通過する。続いてＸ及びＹ方向で
の対物レンズ系の位置に対する制御と、Ｘ及びＹ軸の周
りの回転に対する制御、及び回動ミラーの向きに対する
制御が行われ、重力に対する補償が調節され且つ対物レ
ンズ系が解放される。記録媒体が与えられた場合に、対
物レンズ系は、焦点が情報層２の近傍に位置するまで＋
Ｚ方向に動かされ、その後Ｚ方向での焦点制御が動作さ
せられる。最後に、走査されるべきトラックがサーチさ
れ、その後径方向制御が動作させられる。なんらかの理
由又はその他のために放射ビームが対物レンズ系を見失
う場合には、全部の制御がスイッチオフされねばならな
い。続いてビームがＸ方向でストローク３にわたって走
査される。図６における検出ユニット54が対物レンズ系
の反射を測定するやいなや、走査は停止し且つ制御が再
びスイッチオンされる。

【００５８】対物レンズ系の光軸とビーム24の主光線と
の間の角は制御を動作させるために比較的小さくなくて
はならない。言い換えれば、制御が動作させられる場合
には、環状放射スポット69は検出器リング58及び59に対
してそのスポットの直径の四分の一以上偏心してはなら
ない。検出ユニットの捕捉領域が増大される場合には、
制御器を動作させるためにスリット内に対物レンズ系を
保持する手段の機械的公差は緩和される。このことは図
６に示した装置では検出ユニット54によって実現され得
る。この検出ユニットはＹ及びＺ軸に平行でな分割線を
有すると共に検出器リング58，59、４個の四分割検出器
70、及びリングの外側に位置し図７において参照符号 1
11〜114 及び 121〜124 により表される検出範囲を具え
る４四分割検出器とすることができる。Ｘ及びＹ軸の周
りの対物レンズ系の傾斜がそれぞれＹ又はＺ方向での検
出ユニット上の環状放射スポット69の変位を生じ、その
変位は四分割検出器の光分布を測定することにより検出
され得る。この領域範囲に入射する放射により発生する
信号がＳ₁₁₁〜Ｓ₁₁₄及びＳ₁₂₁〜Ｓ₁₂₄により表され
る場合には、Ｙ及びＺ方向における検出ユニットにおけ
る偏位は以下の信号Ｓα′とＳβ′とにより表現され
る。

【数４】Ｓα′＝（Ｓ₁₂₂＋Ｓ₆₂＋Ｓ₆₆＋Ｓ₁₁₂＋Ｓ₇₂＋Ｓ₁₂₃＋Ｓ₆₃＋Ｓ₆₇＋Ｓ₁₁₃＋Ｓ₇₃）−（Ｓ₁₂₁＋Ｓ₆₁＋Ｓ₆₅＋Ｓ₁₁₁＋Ｓ₇₁＋Ｓ₁₂₄＋Ｓ₆₄＋Ｓ₆₈＋Ｓ₁₁₄＋Ｓ₇₄）Ｓβ′＝（Ｓ₁₂₁＋Ｓ₆₁＋Ｓ₆₅＋Ｓ₁₁₁＋Ｓ₇₁＋Ｓ₁₂₂＋Ｓ₆₂＋Ｓ₆₆＋Ｓ₁₁₂＋Ｓ₇₂）−（Ｓ₁₂₃＋Ｓ₆₃＋Ｓ₆₇＋Ｓ₁₁₃＋Ｓ₇₃＋Ｓ₁₂₄＋Ｓ₆₄＋Ｓ₆₈＋Ｓ₁₁₄＋Ｓ₇₄）

【００５９】より広い捕捉領域を有する装置の制御器が
動作させられる場合には、これらの信号Ｓα′とＳβ′
とは最初にそれぞれ傾斜αとβとに対する制御器の入力
端子へ印加されるので、光スポットは検出ユニットの中
心に入射する。次に信号Ｓα′とＳβ′とがそれぞれ、
傾斜の精密な制御を実行するために、信号ＳαとＳβと
により置き換えられる。検出ユニットの捕捉領域は検出
ユニットの大きさに比例するから、捕捉領域はこの大き
さによって選択され得る。これらの信号Ｓα′とＳβ′
とを発生させるための電子的回路は、各四分円において
検出ユニットの範囲の一部が、例えばリング58内の部分
が、これらの信号を発生させるために用いられない場合
には、捕捉領域に悪影響を及ぼすことなく単純化され得
る。検出器リング58及び59のみが用いられる場合に特に
単純な回路が得られる。その場合には信号Ｓα′及びＳ
β′がそれぞれ先に述べた信号Ｓ_Y及びＳ_Xと同じであ
る。制御が実行させられ場合には、信号Ｓ_Y及びＳ_Xが
最初に傾斜α及びβに対する制御のために入力端子へ印
加され、その後それらがスイッチによって信号Ｓα及び
Ｓβにより置き換えられる。

【００６０】ある種の使用においては、例えば、アナロ
グ的に符号化されたビデオ情報又はディジタル的に符号
化されたデータを有する記録媒体を読み取る場合に、時
間誤差又はジッタとも呼ばれる焦点の接線方向位置偏差
を訂正することが望ましい。そのような訂正の実行が図
10に示されている。光学システム20内の検出ユニットか
ら得ることができる情報信号Ｓ_Iも、アナログビデオ情
報の場合には同期化情報を具えている。同期分離器105
がビデオ情報から同期化情報を回復し、且つ同期化情報
を有する信号を比較回路106 へ印加する。発生器107 、
例えば時間ベース発生器が、これも比較回路106 へ印加
される一定周波数での信号を発生する。比較回路の出力
信号Ｓ_Tは二つの信号の間の位相差に比例しており、且
つ従って記録媒体が読み取られている場合には接線方向
時間誤差の尺度となる。時間誤差は走査されるべきトラ
ックを横切る接線方向での焦点の位置を修正することに
より修正され得る。図10に示した実行においては、制御
は急速な制御と緩慢な制御とに分けられる。急速な制御
においては、Ｙ方向での対物レンズ系の位置は信号Ｓ_T
により制御される。この目的のために、信号Ｓ_Tは増幅
器と安定化回路108を介してマトリックス回路94のＹ入
力端子へ接続されており、Ｙ方向での対物レンズ系の制
御は更に図９を参照して述べたように実行される。大き
い時間誤差と同時に小さい時間誤差がそれにより修正さ
れねばならない急速制御のみを具えている装置において
は、対物レンズ系がＹ方向においてコイル装置と当接す
るい言う危険が存在する。これを回避するために、大き
い時間誤差に対する緩慢な制御が設けられ、その制御が
記録媒体の回転速度を修正する。緩慢な制御は対物レン
ズ系が放射ビームに対して、及び従ってコイル装置のス
リット14に対していかに遠く中心ずれしているかを示す
信号Ｓ_Yを用いる。モータの軸を駆動するために、この
信号Ｓ_Yを制御器110 の制御入力端子へ増幅器及び安定
化回路109 を介して印加することにより、信号Ｓ_Yがで
きるかぎり小さいようにモータの回転数が制御され得
て、対物レンズ系はかくしてスリットの中心にほぼ持続
される。

【００６１】制御に必要な電子的装置は、少数の回路又
は一つの回路にさえも、増幅器と安定化回路、マトリッ
クス回路と整流器及び増幅器ユニットのような異なる構
成要素を統合することにより小形化され得る。全部の信
号又は信号の一部がディジタル的に処理され場合に、更
に単純化が達成され得る。構成要素89〜101 の機能はこ
の時１個又は複数の計算ユニットにより実行することが
できる。更にその上ハンドル95及び97内の導線の数が低
減され得る。信号のアナログ／ディジタル及びディジタ
ル／アナログ変換はしばしば高速且つ小さいビット幅で
実現され得て、多くの場合に１ビットの幅で十分とな
る。

【００６２】本発明による装置は、光学及び電磁的構成
要素が広い測定公差及び位置公差を有するので、製造コ
ストが安価になる利点を持っている。トラックを走査す
るために必要な焦点の位置、及び従って対物レンズ系の
高い精度が、前述の制御により達成される。それらの制
御がＺ方向では１μｍ以内で且つＸ方向では 0.1μｍ以
内の所望の位置に対物レンズ系を維持する。それらは光
学記録媒体を走査するための装置に対して通常のな公差
である。走査装置22はこれらの精度を有する必要はな
い。実際には、焦点の位置は対物レンズ系に対する放射
ビームの位置に無関係であり、対物レンズ系内の対物レ
ンズがそのビームから十分な光を受光することが必要な
だけである。この理由に対しては、Ｙ方向と同時にＸ方
向でのビームに対してほぼ１mmの位置精度で十分であ
る。そのような精度は前述の実施例によりなんらの問題
点無しに実現され得る。コイル装置内のコイルの位置と
形状との偏差の結果としてコイルから対物レンズ系に作
用する力の大きさ及び方向のおこり得る偏位は、フィー
ドバック制御により完全に補償される。同じことが、所
定の方向での対物レンズ系の移動と傾斜のためのコイル
装置の駆動により別の方向における微小な変位又は傾き
が生ずるクロストークにも適用される。例えばＹ方向で
の対物レンズ系の位置を表わす信号がＸ軸の周りの対物
レンズ系の傾斜により影響される検出ユニット内のクロ
ストーク、制御になんらの目立った影響を有しないほど
小さい。クロストークが小さいこと及び制御による自動
的補償により、広い製造公差を有すると共に所望の走査
精度を達成する。

【００６３】制御における既知の問題点はオフセットの
発生である。これらのオフセットは例えば完全には正し
くない検出ユニットの整列により、放射線ビーム内の非
回転対称強度分布により、又は増幅器のオフセットによ
り起こり得る。これらのオフセットはその装置の組立品
内で一回だけ補償され得る。正規に実行されるべき手順
内で補償をチェックし且つ修正することもその代わりに
可能である。後者はトラックを読み取ることにより及び
ディジタル情報を読み取るための装置内に一般的に存在
する誤差修正システムによって読み取られた情報内の誤
りの数を決定することによって達成され得る。構成要素
の不十分な調節の場合には、例えば信号Ｓαでのオフセ
ットにより起こされた対物レンズ系の傾斜の場合には、
エラーの数は増大する。傾斜を変えることにより、読み
取られたトラックの情報内の誤りの数が最小である配向
が決定され得る。対物レンズ系が所望の方向を占有する
ようなオフセットが、信号Ｓαへ今や加えられねばなら
ない。そのような補償に際して、他方の制御への一方の
制御に対するクロストークが考慮されねばならない。

【００６４】図１〜９に示した装置の実施例はリング磁
石12を有する対物レンズ系に基づいている。その代わり
に、図11に示したように、対物レンズ系内にリング磁石
の代わりにＸ方向に延在する２個の棒状磁石131,132 を
用いることも可能である。その場合には対物レンズ系は
もはやＺ軸の周りで回転対称ではなく、且つＺ軸の周り
の対物レンズ系の角の位置が測定され且つ修正されねば
ならない。磁石と一緒にコイル装置15がこの時５−Ｄア
クチュエータの代わりに６−Ｄを形成しなくてはなら
ず、言い換えればコイル装置は５個の自由度の代わりに
６個で修正できなくてはならない。このことが、対物レ
ンズ10の下で、対物レンズの光軸に対して45°の角度で
鏡133 を固定する可能性を与える。光学システム20によ
り供給され、且つＸ軸に平行に延在する平行にされた放
射ビーム134 が鏡によりレンズへ向かって偏向される。
Ｚ方向に対物レンズ系を移動することにより、放射ビー
ムは対物レンズ10の外側に部分的に到達し得る。このこ
とは、Ｙ軸に平行な回転軸により光学システム20内の回
動ミラー（図示されていない）を介して鏡133 へビーム
134 を向けることにより回避され得る。光学システム内
の回動ミラーは上述の信号Ｓ_Xにより制御され得る。Ｘ
軸の周りの回転を測定するために光学システム内の環状
反射器が、例えば、検出器リング58及び59内の検出器の
間の境界の範囲で、検出ユニット上の放射スポット69内
に二つの暗い範囲を生じる二つの直径方向に対向する非
反射区域を具えている。そのような境界の両側に置かれ
た二つの区域の差信号がその時Ｘ軸の周りの対物レンズ
系の回転の尺度である。Ｘ軸に沿う対物レンズ系の位置
を指示する信号Ｓ_Mは、この実施例においては、図９に
示されたような回動ミラー22の位置から得ることはでき
ないが、異なる光学的な容量的又は誘導的方法で発生さ
れ得る。図11に示した装置の実施例においては、対物レ
ンズ系は二つの磁石131, 132及び鏡133 と統合された対
物レンズ10を具えている。この対物レンズ系は鏡と、対
物レンズ、及び焦点クチュエータを収容している既知の
キャリッジよりも相当軽く、且つそれ故に既知のキャリ
ッジよりも非常に短いアクセス時間を有し得る。

【００６５】前述の装置の全部の実施例が光学ディスク
形状記録媒体に基づいているけれども、それらは代わり
に非円形記録媒体、例えばカードの形状での非円形記録
媒体に対して用いられてもよい。前述の原理は任意の表
面を走査するために用い得ることは明らかである。この
装置は対物レンズの大きい開口数による高い解像力と対
物レンズ系のためのアクチュエータによる高い走査速度
との組み合わせの利点を有する。走査されるべき表面が
Ｙ方向に動かされた場合に、この運動は、Ｘ方向での直
線に沿った対物レンズ系の運動と一緒に、直角座標シス
テムにおける表面の映像を生じて、それが画像情報の処
理を単純化する。高い開口数とこの速度との組み合わせ
は特に生物学的組織標本（プレパラート）を走査するの
に非常に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査レンズを具える本発明による光学式走査装
置を示す線図的斜視図である。

【図２】走査レンズの形態を示す斜視図である。

【図３】中空ミラーを具える光学式走査装置の構成を示
す線図的斜視図である。

【図４】シリンドリカルレンズを具える光学式走査装置
の構成を示す線図的斜視図である。

【図５】回動性放射源を具える光学式走査装置の構成を
示す線図的斜視図である。

【図６】本発明による光学式走査装置の光路を示す線図
である。

【図７】検出ユニットの構成を示す正面図である。

【図８】静止コイル装置内の対物レンズを示す正面図で
ある。

【図９】対物レンズ及び回動ミラー用の制御回路を示す
回路図である。

【図１０】タンゲンシャル時間を補正する制御回路
を示す回路図である。

【図１１】６−Ｄアクチュエータを具える光学式走査装
置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１光記録媒体２走査面５透明基板１０対物レンズ１１焦点スポット１２リング磁石１３対物レンズ系１５コイル装置２０光学装置２２回動ミラー２３走査レンズ２９，３０棒状レンズ５３ビームスプリッタ５４検出ユニット５７環状反射体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＸＹＺの直交座標系のＸ方向に沿って所
定のストロークに亘ってＸＹ平面にほぼ平行な面を光学
的に走査する装置であって、放射ビームを発生する放射
源と、永久磁石を具える対物レンズ系に装着され、前記
放射ビームをＺ方向の前記面上に集束させる対物レンズ
と、前記対物レンズ系を電磁的に駆動するコイル装置と
を具え、このコイル装置が複数のコイル対を有し、各コ
イル対がＺ方向に上下に配置した２個のコイルを有する
光学式走査装置において、前記コイル装置が静止状態に固定されると共に、前記ス
トローク長に亘って対物レンズ系の両側に位置する２個
の平行なコイル対列を具え、これらコイル対列が前記ス
トロークに亘って永久磁石と磁気的に共働することを特
徴とする光学式走査装置。
【請求項２】請求項１に記載の光学式走査装置におい
て、前記対物レンズ系のＺ方向の移動を制限するストッ
パをコイル対列上に配置したことを特徴とする光学式走
査装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の光学式走査装置
において、切り換え可能な機械的手段を設けて対物レン
ズ系を所定の位置に保持するように構成したことを特徴
とする光学式走査装置。
【請求項４】請求項１，２又は３に記載の光学式走査
装置において、前記コイルが、コイル軸と直交する折面
において、ほぼ矩形断面を有することを特徴とする光学
式走査装置。
【請求項５】請求項１，２，３又は４に記載の光学式
走査装置において、前記コイル対を流れる電流を整流す
るコミュテータ及び対物レンズ系のＸ方向の位置を決定
する検出器を設け、前記検出器の出力部をコミュテータ
の制御入力部に接続したことを特徴とする光学式走査装
置。
【請求項６】請求項５に記載の光学式走査装置におい
て、前記対物レンズ系をＹ方向及びＺ方向に変位させる
と共にＸ軸まわりで回転させるコミュテータが、対物レ
ンズ系のＸ方向の位置に応じて対物レンズ系の一方の側
のいずれかに１個又は２個のコイル対及び他方の側の対
向配置された同数のコイル対を同時にオンに切り換える
ことを特徴とする光学式走査装置。
【請求項７】請求項５又は６に記載の光学式走査装置
において、前記対物レンズ系をＸ方向に変位させると共
にＹ軸まわりで回転させるコミュテータが、対物レンズ
系の一方側の２個のコイル対及び他方の側の対向配置さ
れた同数のコイル対を同時にオンに切り換え、オンに切
り換えられたコイル間のＸ方向の距離が対物レンズのＸ
方向の位置に依存することを特徴とする光学式走査装
置。
【請求項８】請求項１から７までのいずれか１項に記
載の光学式走査装置において、軸方向に磁化したリング
磁石を対物レンズの周囲に配置し、前記コイルのコイル
軸をＺ軸にほぼ平行にしたことを特徴とする光学式走査
装置。
【請求項９】請求項１から８までのいずれか１項に記
載の光学式走査装置において、前記ストローク長にほぼ
等しい長さを有する光学結像素子を前記放射源と対物レ
ンズとの間の光路中に配置し、前記放射源と前記光学結
像素子との間の光路中に配置され、対物ビームを前記光
学結像素子に亘って走査する走査装置をさらに具え、Ｘ
方向に平行な放射ビームを対物レンズのストロークに亘
って変位させることを特徴とする光学式走査装置。
【請求項１０】請求項５及び９に記載の光学式走査装
置において、前記コミュテータ用の制御用の制御信号を
発生させる検出器を前記走査装置用の位置センサとした
ことを特徴とする光学式走査装置。
【請求項１１】請求項１から７までのいずれか１項に
記載の光学式走査装置においてい、前記対物レンズ系が
Ｘ方向に延在する２個の永久磁石を有することを特徴と
する光学式走査装置。
【請求項１２】請求項１から１１までのいずれか１項
に記載の光学式走査装置において、前記コイル装置が、
プリント回路基板上のＸ方向に延在するスリットの両側
に配置され、コイルをこのプリント回路基板に電気的に
接続したことを特徴とする光学式走査装置。
【請求項１３】請求項１２に記載の光学式走査装置に
おいて、前記放射源及び他の光学素子並びに対物レンズ
の位置を制御する電子制御手段を前記プリント回路基板
上に配置し、前記放射源及び制御手段をプリント回路基
板に電気的に接続したことを特徴とする光学式走査装
置。