JPH10501089A - 光ビーム分割素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入射ビーム(14')の光の一部分をサブビーム(17)の形に分割する光ビーム分割素子(8)が記載されている。この素子は入射ビームの一部分を回折により偏向する格子(16)と、入射ビームの方向に対しサブビームの方向が延在する角度を拡大するミラー(18)とを具えている。

Description

【発明の詳細な説明】 光ビーム分割素子 本発明は、第１表面に入射した第１の方向を有する光ビームから第２の方向を 有するサブビームを発生する格子が設けられた第１表面を有する光ビーム分割素 子に関するものである。本発明はこのような素子を具える光源及びこのような光 源を具える光走査ユニットにも関するものである。 ビームの方向はビームの主光線の方向として定義する。 このタイプの素子は欧州特許出願第０５８３０３６号から既知であり、これに は光走査ユニットの成分として記載されている。走査ユニット内の光源が光ビー ムを供給し、このビームが対物レンズにより光記録担体上に走査スポットに集束 される。ビーム分割素子が光源と対物レンズとの間に配置され、光ビームがビー ム分割素子を第２表面から第１表面へと横断する。記録担体により反射された光 は光源からのビームと同一の光路を戻り、ビーム分割素子に入射する第１の方向 を有する上述のビームを構成する。ビーム分割素子の第１表面上の格子が入射ビ ームの光の一部分を第２の方向を有するサブビームの形に分離する。このサブビ ームは光源の隣に配置された検出システムに収束し、この検出システムが入射光 から蓄積情報を表す信号を発生する。 既知のビーム分割素子の欠点は、第１の方向と第２の方向との間の角度が小さ く、光源と検出システムとの間隔をかなり小さくする必要がある点にある。光源 と検出システムを２つの別個の成分とする場合には、これらの成分を走査ユニッ ト内にこのような小間隔に配置するのが困難になる。 本発明の目的は、上述した欠点のないビーム分割素子を提供することにあり、 且つ前記の成分を配置するのに十分な可撓性を有する光源ユニットを提供するこ とにある。 本発明は、この目的を達成するために、頭書に記載されたビーム分割素子にお いて、当該ビーム分割素子は、更に、サブビームの方向を第２の方向から第３の 方向に変化させるミラーを具え、第１の方向と第３の方向との間の角度が第１の 方向と第２の方向との間の角度より大きいことを特徴とする。 格子の格子線の周期の低減による第１の方向と第２の方向との間の偏向角の増 大は、光源と検出システムとの間の間隔を増大する一つの可能な方法であるもの とみなせる。本発明は、この方法には欠点があるという認識に基づくものである 。第１に、格子に課される要件が偏向角の増大につれて増大するため、格子の実 現が著しく困難になる。第２に、サブビームの断面が偏向角の増大につれて楕円 になり、その結果検出システム上に形成される走査スポットの品質が低下し、従 ってシステムにより発生されるシステムの品質が低下する。第３に、偏向角の増 大につれて、光源及び検出システムに対する格子の配置公差が小さくなるため、 これらの成分の配置が一層困難になるとともに、より大きな機械的安定性が要求 される。本発明では、ミラーによりサブビームと入射ビームとの間の角度を増大 するので、上述の３つの欠点は存在しない。 本発明ビーム分割素子の極めて好適な実施例では、当該ビーム分割素子はサブ ビームの光路内に射出表面を有し、且つ前記ミラーは第１表面と射出表面との間 のサブビームの光路内に位置していることを特徴とする。この場合、ミラーは当 該ビーム分割素子と一体成分を構成するため、第１表面、射出表面及びミラーを 単一の製造工程、例えばプラスチック注入成形により形成することができる。 ミラーは内部全反射にして、ビーム分割素子の一部分上に反射層を設ける必要 がないようにするのが好ましい。 第１の方向と第３の方向との間の角度は約９０°にするのが好ましい。この場 合には光源及び検出システムがかなり大きな相互間隔を有するにもかかわらず満 足な機械的強度を有するコンパクトな配置を得ることができる。 入射ビームの光の一部分を分離する機能に加えて、第１表面上の格子は記録担 体上の走査スポットのトラッキングエラー及びフォーカスエラーに関する情報を 含む信号を発生するのに好適なサブビームを形成する機能も有するようにするの が好ましい。この目的のために、格子は分割線の両側に例えばサブ格子を具える もの、又は互いにオーバラップするサブ格子を具えるものとすることができる。 本発明ビーム分割素子の特定の実施例では、当該ビーム分割素子は入射ビーム の光路内に位置する第２表面を有し、該第２表面に、光源により放出された光ビ ームからトラッキング信号発生用の２つの他のサブビームを形成する平行格子線 を有する格子が設けられていることを特徴とする。 本発明ビーム分割素子の有利な実施例では、少なくとも一つの表面が光パワー を有していることを特徴とする。このようにすると、ビーム分割素子は光ビーム に対しコリメータレンズ又はビーム整形器の機能も有するものになる。 本発明ビーム分割素子は光源及び検出システムも含む光源ユニット内に配置す るとき、この素子の特性が最適に使用される。この光源ユニットはコンパクトな 構成及び大きな機械的安定性を有するのみならず、種々のタイプの光源及び検出 システムを組み込むのに好適であるという大きな利点も有する。 本発明は情報面を走査する光走査装置にも関するものであり、本発明の光走査 装置は、このような光源ユニットと、該ユニットにより供給される光ビームを集 束して情報面上に走査スポットを形成する対物系とを具え、光源ユニット内の検 出システムが、情報面からのサブビーム内の光を情報面に蓄積されている情報を 表す電気信号に変換するよう構成されていることを特徴とする。 本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例の説明から明らか になる。 図面において、 図１はビーム整形器を含む本発明による光走査ユニットを示し、 図２ａ，ｂ，ｃは本発明ビーム分割素子上に配置される幾つかの格子を示し、 図３は本発明ビーム分割素子上に配置される３ビーム格子を示し、 図４は本発明による光走査ユニットを示し、 図５は２つの検出システムを具える本発明による光走査ユニットを示す。 図１は光記録担体１の情報面を光学的に走査する装置を概略的に示す。ここで 、走査とは情報の書込み走査及び読取り走査の双方を意味する。情報面は予め記 録された層又は情報を全体に又は部分的に設けることができる層とすることがで きる。その一部を図１に半径方向断面で示す記録担体１は、透明基板２、反射情 報面３及び被覆４を具える。情報面は多数のトラック５に分割され、これらのト ラックには情報が記録されているか、情報を周囲部分から光学的に識別しうる情 報区域（図示せず）の形態に書込むことができる。 この走査装置は光源ユニット６を具え、この光源ユニットは、本発明に従って 、ダイオードレーザ７を収納するハウジング７’、入射する光ビームの断面形状 を変化させるビーム整形器８及び検出システム９を収納するハウジング９’を具 える。ダイオードレーザ及び検出システムは別個の成分であるため、これらの成 分の一方を、他方の成分はそのまま取り替えずに、別のタイプの成分と取り替え ることができる。ダイオードレーザから到来するビームの楕円断面はビーム整形 器によりほぼ円形断面にされる。こうしてこの光源ユニットは安定な波面を有す るとともにダイオードレーザにより発生された強度の大部分を表す強度を有する ビーム１０を供給する。従って、この光源ユニットは、情報を例えば融蝕的に、 表面変形により、又は磁気光学プロセスにより書き込むことができる書込装置用 に極めて好適である。書込み中、ビーム１０は、例えば音響光学変調器により、 又はダイオードレーザの電流を変調することにより変調される。 円形断面を有する光ビーム１０はフォルディングミラー１１を経て対物系１２ を最適に満たす開口角を有するため、この対物系は情報面上に回折制限走査スポ ット１３を形成する。記録担体を回転させることにより情報トラックを走査する ことができる。記録担体１を走査スポット１３に対し半径方向に移動させること により全ての情報トラックを走査することができる。 情報面はビーム１４内の光を反射し、反射された光は再び対物系を横切り、ビ ーム整形器８の第１表面１５にビーム１４’として入射する。この戻りビーム１ ４’を往路光ビーム１０から分離するために、第１表面１５に分離格子１６を設 け、これにより入射ビーム１４’の一部分を回折により偏向させ、検出システム ９に向かうサブビーム１７を形成する。入射ビームは第１の方向を有し、サブビ ームは第２の方向を有する。この第１の方向と第２の方向との間の角度はあまり 大きく選択することはできない。その理由は、分離格子１６の格子線の周期が偏 向角度の増大に連れて極めて小さくなるため、格子の実現が困難になるとともに 、格子の位置公差が小さくなるためである。これらの理由のために、偏向角度は ２０°〜３５°の範囲にするのが好ましい。他方、光源７と検出システム９との 間に十分な間隔が得られるようにこの角度はできるだけ大きくして、それらのハ ウジング７’及び９’が他方の光路内に入らないようにするとともに、各成分を 個別に整列させるのに十分なスペースが得られるようにする必要がある。本発明 では、サブビーム１７をミラー１８により検出システム９の方向へ導くことによ りこの問題を解決する。このミラーは第２の方向を有するサブビーム１７を第３ の方向を有するサブビーム１７’に変化させる。このミラーによるサブビーム１ ７’と入射ビーム１４’との間の角度の拡大により上述の問題は生じない。ミラ ー１８はビーム整形器８とは別個の成分にすることができる。しかし、ミラー１ ８はビーム整形器８の一体部分を構成するものとするのが好ましい。この場合に は、このミラーはビーム整形器８の第１表面１５と射出表面１９との間のビーム 整形器を通るサブビーム１７の光路内に配置する。このミラーへの入射角とビー ム整形器の材料の屈折率を適切に選択して、このミラーを内部全反射にすると、 ミラー表面に反射膜を設ける必要がなくなる。 光源７、分離格子１６を有するビーム整形器８及び検出システム９のコンパク ト配置は大きな位置安定性を有する。第１の方向と第３の方向との間の角度を９ ０°にしてハウジング７’とハウジング９’が互いに直角になるようにするのが 好ましい。 読取り時には、反射ビームのパラメータ、例えば強度又は偏光の方向が連続す る情報区域に蓄積された情報に従って変調される。検出システム９はこの変調を 電気信号に変換する。検出システムは一般に複数の検出素子を具え、複数の出力 信号を発生する。これらの出力信号を信号処理回路２０で処理して、情報信号Ｓ_i とともにトラッキングサーボシステム及びフォーカスサーボシステム用のトラ ッキングエラー信号Ｓ_r及びフォーカスエラー信号Ｓ_fを取り出す。 走査装置の他の詳細については、“Het systeem 'Compact Disc Digital Audi o'”，M.G.Carasso，J.B.H.Peek and J.P.Sinjou，Philips Technisch Tijdschr ift 40，pp.267-272，1981-82，no.9,を参照されたい。 分離格子１６は検出システム９内の検出器の構成に依存するとともに検出器の 出力信号から各種信号を取り出す方法に依存する。分離格子１６は、図２ａに示 すように分割線２６の両側に２つのサブ格子２４、２５を具え、各サブ格子内の 格子線は同一の周期を有するとともに分割線に対し等しいが逆符号の角度をなす 。この格子はフォーカスエラー信号をシングル又はダブルフーコ法により形成す るとともにトラッキングエラー信号を２ビーム法又は２ビーム又は３ビームプッ シュプル法により形成するのに好適である。この格子及び関連する検出器構成は 、特に米国特許第４，９２４，０７９号から既知である。他の例の分離格子１６ ’を図２ｂに示す。この格子も分割線２６’の両側に２つのサブ格子２４’，２ ５’を具えるが、例えば欧州特許出願第０５８３０３６号から既知のように両サ ブ格子内の格子線が異なる周期を有している。図２ｃに示す第３の例の分離格子 １６”は互いに等しい又は異なる光パワーを有する２つの互いにオーバラップす る又はインターリーブするサブ格子を具え、両格子の格子線が互いに０°〜９０ °の角度で延在している。このような格子は特開平１−３５７３７号から既知の ビームサイズ法によりフォーカスエラーを決定するのに好適である。サブ格子の 格子線の周期をサブ格子を横切る方向に変化させると、サブ格子は光パワーを獲 得して、形成されるサブビームのフェルゲンスがこのサブビームが取り出される もとのビームと相違する。周期及び場合により格子線の曲率の特別の変化により 、サブビームに非点収差を導入して、フォーカスエラー信号を米国特許第４，３ ５８，２００号から既知の非点収差法により形成することができる。 図１に示す走査装置では、ダイオードレーザ７のビームがビーム整形器の第２ 表面３０に入射する。この第２表面に格子３１を設けて２つのサブビーム３２及 び３３を発生させることができる（図を明瞭にするためにこれらのサブビームの 一部分のみを示す）。これらの２つのサブビームは情報面３上に走査スポット１ ３の両側に２つのサイドスポットを形成する。情報面から反射された光を検出シ ステム９で検出し、米国特許第３，３７６，８４２号から既知の３ビーム法に従 ってトラッキングエラー信号Ｓ_rを発生させることができる。格子３１は図３に 示すような３ビーム格子として既知であり、ほぼ直線の平行格子線を有する。対 物系１２によるサブビーム３２及び３３の口径食を回避するために、ダイオード レーザ７と３ビーム格子３１との間の距離を小さくしすぎてはならない。２ｍｍ の距離のとき、小さな口径食が生ずるのみであるとともに、光源に対する格子の 位置安定性が所要の公差内になる。 ビーム整形器８はダイオードレーザ７からの光ビームの断面の楕円率を低減す るために使用する。ビーム整形器８の第２表面３０には円柱軸を有するほぼ円柱 状部分が設けられてるいる。この円柱状部分は、縦面（ＹＺ面）内にｎ₁／ｎ₂程 度の角倍率を有するとともに横面（ＸＺ面）内にｎ₂／ｎ₁程度の角倍率を有する 。ここで、縦面及び横面は互いに直角であるとともにビーム整形器の光軸（Ｚ軸 ）に沿って互いに交差し、且つ円柱軸は縦面内に位置する。パラメータｎ₂及び ｎ₁はそれぞれ素子材料及び周囲媒質の屈折率である。第１表面１５はトロイダ ル表面である。このビーム整形器は全体がポリカーボネイト（ＰＣ）の合成材料 からなり、次のパラメータを有する。 ・ダイオードレーザまでの距離Ｚ₁＝２．０ｍｍ（レーザに対しｎ＝１．５１４ を有する０．２５ｍｍ厚のコーティングガラスを含む）； ・第２表面３０の曲率： ＸＺ面内でＣ_1x＝−２．０３２ｍｍ^-1及び僅かに非球面； ＹＺ面内でＣ_1y＝−０．０２０ｍｍ^-1； ・厚さＤ＝２．７０ｍｍ； ・第１表面１５の曲率： ＸＺ面内でＣ_2x＝−０．４３４ｍｍ^-1； ＹＺ面内でＣ_2y＝−０．１６６ｍｍ^-1及び僅かに非球面： このビーム整形器は互いに直行する２方向に０．１０及び０．２０のＮＡを有 するビームを０．１５のＮＡを有する円形対称断面を有する射出ビームに整形す る。ビーム整形器の他の実施例は未公開の欧州特許出願第９３２０３６１．７号 に記載されている。ビーム整形器の第１表面１５を上述の実施例の場合より大き い光パワーを有するものとすると、このビーム整形器はコリメータレンズとして も機能するため、このビーム整形器はダイオードレンズからのビームを円形断面 にするのみならずこのビームをコリメートする。 図１に示す走査装置では、ビーム分割素子とビーム整形器が単一成分に一体化 されている。しかし、本発明ビーム分割素子はビーム整形器の機能と組み合わせ ずに使用することもできる。図４はこのようなビーム分割素子４０を含む本発明 走査装置を示す。このビーム分割素子は分離格子４２が設けられた第１平坦表面 ４１を有するとともに、３ビーム格子４４が設けられた同様に平坦な第２表面４ ３を有する。本発明ではミラー４５を分離格子４２により形成されたサブビーム ４６の通路内に配置する。このミラーはビーム分割素子と一体化されている。 図５は、分離格子４２により形成された第２のサブビーム４８をサブビーム４ ６と同様にして第２ミラー４９により第２検出システム５０の方向に案内するよ うにした本発明走査装置を示す。この第２サブビームの方向は、ビーム１０に対 しサブビーム４６と等しいが反対符号の角度をなす。この第２検出信号の出力信 号から信号処理回路５１により情報信号Ｓ_i’を取り出すことができ、この信号 は検出システム９の情報信号Ｓ_iの信号品質を改善するために使用することがで きる。サブビーム４８により検出信号５０上に形成される走査スポットは検出シ ステム９上のサブビーム４６によるスポットより不満足な品質を有するため、サ ーボ信号Ｓ_r及びＳ_fは検出システム９の出力信号から取り出すのが好ましい。格 子４２及び４４は上述した格子１６及び３１とそれぞれ同一に実現することがで きる。 以上から、ビーム分割素子は平凸コリメータレンズ又は両凸コリメータレンズ の機能を含むこともできること明らかである。ビーム分割素子は記録担体用の光 走査装置に使用しうるだけでなく、例えば往路ビームの一部分を分割して往路ビ ームの強度を検出する必要があるレーザプリンタのようなあらゆる光学装置に使 用することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１表面に入射した第１の方向を有する光ビームから第２の方向を有するサ ブビームを発生する格子が設けられた第１表面を有する光ビーム分割素子におい て、当該ビーム分割素子は、前記サブビームの方向を第２の方向から第３の方向 に変化させるミラーを具え、第１の方向と第３の方向との間の角度が第１の方向 と第２の方向との間の角度より大きいことを特徴とする光ビーム分割素子。 ２．当該ビーム分割素子はサブビームの光路内に射出表面を有し、且つ前記ミラ ーが第１表面と射出表面との間のサブビームの光路内に位置していることを特徴 とする請求の範囲１記載の光ビーム分割素子。 ３．前記ミラーは内部全反射であることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の 光ビーム分割素子。 ４．第１の方向と第３の方向との間の角度が約９０°であることを特徴とする請 求の範囲１、２、又は３記載の光ビーム分割素子。 ５．前記格子は２つのサブ格子を具えていることを特徴とする請求の範囲１、２ 、３又は４記載の光ビーム分割素子。 ６．当該光ビーム分割素子は入射ビームの光路内に位置する第２表面を有し、該 第２表面に平行格子線を有する格子が設けられていることを特徴とする請求の範 囲１記載の光ビーム分割素子。 ７．当該光ビーム分割素子は入射ビームの光路内に位置する第２表面を有し、且 つ第１表面及び第２表面の少なくとも一つの表面が光パワーを有することを特徴 とする請求の範囲１記載の光ビーム分割素子。 ８．第１表面及び第２表面が共通の光軸を有し、第２表面に円柱軸を有するほぼ 円柱状部分が設けられ、該円柱状部分が縦面内にｎ₁／ｎ₂程度の角倍率を有する とともに横面内にｎ₂／ｎ₁程度の角倍率を有し、ここで、縦面及び横面は互いに 直角であるとともにビーム整形器の光軸に沿って互いに交差し、円柱軸は縦面内 に位置し、且つパラメータｎ₂及びｎ₁はそれぞれ素子材料及び周囲媒質の屈折率 であり、且つ第１表面がトロイダル表面であることを特徴とす る請求の範囲７記載の光ビーム分割素子。 ９．ダイオードレーザと、請求の範囲１〜８の何れかに記載された光ビーム分割 素子と、前記サブビームの光路内に配置された光検出システムとを具えているこ とを特徴とする光源ユニット。 10．情報面を走査する光走査装置であって、請求の範囲９記載の光源ユニットと 、該ユニットにより供給される光ビームを集束して情報面上に走査スポットを形 成する対物系とを具え、光源ユニット内の検出システムが、情報面からのサブビ ーム内の光を情報面に蓄積されている情報を表す電気信号に変換するよう構成さ れていることを特徴とする光走査装置。