JP2008513920A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、情報担体（１０）内の少なくとも１つの情報層（１０１，１０２）を走査するための光学走査装置に関し、情報層（１０１，１０２）上に集束されることが意図される放射線ビーム（１１）を発生するための手段（１）を含む。球面収差（ＳＡ）補償モジュール（４０）が、放射線ビーム（１１）の光路内に配置され、ＳＡ補償手段（４１）と、放射線ビーム（１１）の光路を折り畳むための反射手段（４２）とを含む。

Description

本発明は、情報担体内の少なくとも１つの情報層を走査するための光学走査装置に関する。

本発明は、具体的には、光ディスクによって支持される少なくとも１つの情報層からデータを読み取り且つ／或いはデータを書き込むための如何なる光ディスク装置にも関する。そのような光ディスク装置は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）、又は、ＢＤ（ブルーレイディスク）プレーヤー及び／又はレコーダーであり得る。

複数の情報層を有する情報担体が広く使用されている。例えば、特定のＤＶＤは、選択的な情報層から読み取り或いは選択的な情報層に記録するために、情報層の１つの上に集束されることが意図される放射線ビームを用いて走査される得る第一及び第二の情報層を含む。「走査」という表現は、情報層からデータの読取り又は情報層へのデータの書き込みのいずれかを意味する。

そのような二層ＤＶＤを走査するための光学走査装置は、普通、発散放射線ビームを発生するための手段と、この発散ビームを平行放射線ビームに変換するためのコリメータと、前記平行放射線ビームを２つの情報層のうちの１つの上に集束するための対物レンズとを含む。典型的な光学走査装置は、放射線ビームを所望の情報層の上に集束するために、対物レンズを軸方向に移動するためのアクチュエータをさらに含む。

一方の情報層から他方の情報層に切り換えるために対物レンズが移動されるとき、ある量の球面収差（ＳＡ）が導入されることが留意されるべきである。しかしながら、放射線ビームの開口数は比較的低く、その結果、光学走査装置の許容差内の球面収差の量を生じるので、球面収差補償は不要である。実際には、収差の量は、ビームの開口数の４乗と比例し、それは開口数における僅かな増加が球面収差の量における大きな増加を招くことを意味する。

現在、選択的な情報層上の焦点のサイズを減少し、よって、情報層のデータの記憶容量を増大するために、放射線ビームの開口数を増大する傾向にある。実際には、焦点の直径は、開口数に反比例する。その結果、一方の情報層から他方の情報層に切り換わるときに導入される収差の量はそのように増大されるので、補償される必要がある。

ＳＡ補償のためのこの必要は、一方のモードから他方のモードへの変更が望ましくない球面収差を導入するＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ互換光学走査装置におけるように、１つの情報層のみを有する情報担体にも当て嵌まることは付記するに値する。

ＳＡ収差を補償し得る従来技術の光学走査装置が図１に示されている。ＳＡ補償の幾つかの機構が文献から以下の通り既知である。

− 液晶（ＬＣ）セルを生成する球面収差。放射線ビームが対物レンズ６によってディスク１０上に集束される前に、球面収差が波面に加えられ、カバー層厚さに起因する球面収差の量を補償する。これは、例えば、ＬＣセル１３内の液晶の切換えを用いて、情報層の変化に従って光路を局所的に変更することによって行われ得る。

ＳＡ補償のためのこの解決の欠点は、コマ効果に起因する半径方向トラッキング中に小さな瞳半径及び瞳変位に対する偏狭を生み出すことが困難なことである。その結果、ＬＣセルは、スモールフォームファクタ(small form factor)光ドライブを遂行することが困難なトラッキングアクチュエータに取り付けられなければならない。何故ならば、トラッキングアクチュエータ上の重量は、システム性能を劣化するからである。

− 可変物体共役距離。ＳＡ補償のこの方法は、対物レンズ６自体の内部に球面収差を発生するステップから構成される。これはコリメータ４の位置を調節することによって対物レンズの共役を変更することによって達成され得る。

この解決法の欠点は、数ミリメートルの焦点距離を有するコリメータを備える標準的な光路幾何のために、むしろ大きな、典型的には、高い開口数光路において数ミリメートルのコリメータ変位が生じることであり、再度それはスモールフォームファクタ光ドライブにおいて遂行するのが困難である。

如何なるＳＡ補償技法にも適用可能であり且つスモールフォームファクタ光ドライブによって課される要件とも互換性のある高いＳＡ補償をもたらす光学走査装置を提供することが本発明の目的である。

このために、本発明は、情報担体内の少なくとも１つの情報層を走査するための光学走査装置であって、情報層上に集束されることが意図される放射線ビームを発生するための手段と、放射線ビームの光路内に配置され、且つ、球面収差補償手段と、放射線ビームの光路を折り畳むための反射手段とを含む、球面収差（ＳＡ）補償モジュールとを含む、光学走査装置を目的とする。

本発明の利点は、折り畳み手段の使用が、全光路を２の因数だけ減少することを可能にし、光学走査装置を従来技術から既知のものよりもコンパクトにすることである。加えて、補償モジュールは、光路長補償手段であれ、共役変動補償手段であれ、如何なるＳＡ補償手段を用いても遂行され得る。

具体的な実施態様において、ビームスプリッタから出て来る放射線ビームの光路をビームスプリッタを通じて情報層に向かって反射するために、反射手段はビームスプリッタに面する。

光路長補償手段は、古典的な切換えＬＣセル又は離散的な段階位相プレートのいずれかであり得る。この後者の場合には、関連する位相段階上への放射線ビームの集束を保証するために、補正レンズが設けられなければならない。

光路長補償手段と関連するコマ効果の発生の可能性の故に、好ましくは共役変動補償手段を使用し得る。

好適実施態様において、共役変動補償手段は、ＳＡ補正レンズを含む。この実施態様の利点は、短い焦点距離を有するＳＡ補正レンズの使用を可能にすることであり、補償手段の短い全ストロークをもたらし、コンパクトな光路幾何を実行可能にする。さらに、本発明の１つの目標に従って開口数は高いことが留意されるべきである。しかしながら、ＳＡ補正レンズの焦点距離がリム輝度に影響を与えない限り、この特徴はリム輝度に有害ではなく、リム輝度はコリメータの焦点距離によって独立して決定される。

光学走査装置をさらに一層コンパクトにするために、本発明が提供するのは、光学装置は情報検出ビーム検出手段を含み、格子が情報検出ビーム内に配置され、検出手段は球面収差補正レンズの焦点面内に配置されることである。実際には、この提供は、検出手段が補償モジュールの反射手段の隣でＳＡ補正レンズの焦点面内に配置されることを可能にする。このように補償モジュールに統合されるることで、検出手段は補償モジュール自体より多くの空間を占めない。

本発明のこれらの並びに他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照することで明瞭に解明されるであろう。

添付の図面を参照して、例証として、本発明を今やより詳細に記載する。

本発明に従った光学走査装置の概略図が図２に描写されている。

図２に示される実施態様において、そのような光学走査装置は、情報担体１０内の２つの情報層１０１及び１０２を走査するために設計されている。情報担体１０は、勿論、２つよりも多くの情報層を有し得るし、光学走査装置が、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、及び、ＢＤフォーマットと互換性のあるプレーヤー及びレコーダーに組み込まれるときには、１つのみでさえあり得る。

図２の光学走査装置は、前記情報層１０１及び１０２上に集束されることが意図される放射線ビーム１１を生成するための放射線源１、例えば、レーザダイオードを含む。放射線源１によって放射される光は、光ビーム成形器、平行放射線ビームを生成するためのコリメータ４、及び、偏光ビームスプリッタ３を通過する。情報単体１０上への放射線ビーム１１の集束は、層１０１から層１０２への或いはその逆への焦点切換えを可能にするよう制御される対物レンズ６によって遂行される。参照番号５及び２０は、光を偏光ビームスプリッタ３に対して適切に偏光するために必要とされる４分の１波プレートに関する。

情報層１０１及び１０２内に記憶される情報は、検出器８によって読み取られ得る。情報担体１０から生じる情報ビーム１２は、サーボ光学素子７によって検出器上に集束される。検出器８は、サーボ光学素子７と共に、対物レンズ６による選択的な情報層のトラッキングを制御するために、対物レンズ６に適用されるべき誤差信号を発生し得る。

図２に見られ得るように、一方の情報層から他方の情報層に切り換えるときに現れ得る球面収差を補償するために、ＳＡ補償モジュール３０が、前記放射線ビーム１１の光路内に配置される。

一般的に言って、このＳＡ補償モジュール３０は、ＳＡ補償手段と、放射線ビーム１１の光路を折り畳むための反射手段とを含む。

図２の実施態様において、ビームスプリッタ３から出て来る放射線ビームの光路を前記ビームスプリッタを通じて前記情報層に向かって反射するために、前記反射手段はビームスプリッタ３に面している。

従来技術の光路に反して、レーザビームは、情報担体１０上に集束される前に、今や偏光ビームスプリッタ３を二度通過し、システムをコンパクトにするという利点を有する。何故ならば、反射手段は２の因数によって光路を減少するからである。

図３及び４は、光路長補償手段から成るＳＡ補償手段を利用する本発明に従った光学走査装置に関する。

図３に示される実施態様において、補償モジュール３０は、反射手段として作用する平面鏡３２と関連付けられた切換えＬＣセル３１を含む。

図４の実施態様の補償モジュール３０は、同様に平面鏡３２と関連付けられた離散的な段階位相プレート３１’を含み、該段階位相プレート３１’は、レンズ２１を用いて集束される好ましくは高い開口数の光ビームの内部に配置される。

前述されたように、コマ効果に起因するアクチュエータの限定的な半径方向ストロークの故に、両方の方法とも余り好ましくない。原理上は、補償手段を半径方向アクチュエータに取り付ける半径方向に剛的な光路を使用することによって、これを解決し得る。

この問題を解決する他の解決は、経路長補償手段の代わりに共役変動補償手段を使用することである。

図５乃至８は、共役変動補償手段を含むＳＡ補償モジュールを備える実施態様を示している。

一般的な方法において、図５に描写されるように、ＳＡ補償モジュール４０は、基本的にはＳＡ補正レンズ４１を含む共役変動補償手段と、平面鏡４２とを含む。所要のＳＡ補償は、ＳＡ補正レンズ４１及び平面鏡４２のそれぞれの集束を変更するによって達成される。詳細は図６ａ乃至６ｃとの関係で以後に与えられる。

前述されたように、ＳＡ補正レンズ４１の焦点距離は、リム輝度に影響を与えず、原理上は、可能な限り小さくあり得る。例えば、２ｍｍの焦点距離を備えるレンズを使用することは、ＢＤディスクの１つの層から隣接する層に切り換えるときに、ＳＡを補償するために１３０μｍの全ストロークを必要とし、光学走査装置のためのコンパクトな光路幾何を実行可能にする。リム輝度はコリメータ４によって決定され、その焦点距離は必要に応じた大きさであり得る。

また、補正レンズ４１のための小さな焦点距離の使用は、情報層上に集束される光スポットのサイズに関して光学走査装置のために標的にされる一般的な目標に従って高い開口数を可能にする。

図６ａ乃至６ｃは、この概念を使用して共役を変更する幾つかの異なる手段を示している。

図６ａにおいて、鏡４２は垂直方向に作動されるのに対し、補正レンズ４１は固定されている。図６ｂにおいて、補正レンズ４１は依然として固定されているが、鏡４２’は僅かに楔形の形状であり、水平方向に移動される。図６ｃにおいて、ＳＡ補正レンズ４１は光軸に沿って作動され、鏡４２は固定されている。

図６ａの実施態様を参照すると、焦点距離が極めて小さい（１ｍｍのオーダ）とき、鏡４２の所要ストロークは数十ミクロンになり、切換えは、図７ａ乃至７ｃに示されるようなＭＥＭＳ（微小電気機械システム）鏡装置を使用することによって達成され得る。小さな１ｍｍ直径レンズ４１が、小さなＭＥＭＳ膜鏡装置４２の基板の頂部上に取り付けられ得る。ＭＥＭＳ鏡の活性地域は、より高次の収差を導入することを防止するために、光学的に平坦でなければならない。さらに、集束された光ビームの吸収、及び、その結果としての鏡膜の損傷を防止するために、それは極めて反射的でなければならない。

光学走査装置をより一層コンパクトにするために、図８に描写されるように、検出をＳＡ補正枝と組み合わせ得る。その目的のために、４分の１波プレート５は省略され、情報ビーム１２は、情報担体１０から反射された後に、偏光ビームスプリッタ３によって透過される。次に、それは一次回折光をＭＥＭＳ鏡装置４２の隣りに位置付けられた検出器８に結合するのに適した偏光感受的格子構造２９に衝突する。適切な格子構造及び検出器幾何を使用することによって、半径方向及び集束トラッキングに配慮し得る。

請求項中の如何なる符号も、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。動詞「含む」及びその活用形の使用は、如何なる請求項中に定められるもの以外の如何なる他の素子の存在をも排除しない。素子に先行する不定冠詞(”a”又は”an”)は、複数のそのような素子の存在を排除しない。

従来技術の光学走査装置を示す概略図である。 本発明に従った光学走査装置を示す概略図である。 切換液晶セルを含む図２の光学走査装置の実施態様を示す概略図である。 離散的な段階位相プレートを含む図２の光学走査装置の実施態様を示す概略図である。 共役変動補償手段を含む図２の光学走査装置の実施態様を示す概略図である。 図５の共役変動補償手段のための実施態様を示す概略図である。 図５の共役変動補償手段のための実施態様を示す概略図である。 図５の共役変動補償手段のための実施態様を示す概略図である。 図６の実施態様のための具体的な切換え装置を示す概略図である。 図６の実施態様のための具体的な切換え装置を示す概略図である。 図６の実施態様のための具体的な切換え装置を示す概略図である。 格子を含む図５の光学走査装置の実施態様を示す概略図である。

Claims (11)

1. 情報担体の少なくとも１つの情報層を走査するための光学走査装置であって、
   前記情報層上に集束されることが意図される放射線ビームを発生するための手段と、
   前記放射線ビームの光路に配置され、且つ、球面収差補償手段と、前記放射線ビームの前記光路を折り畳むための反射手段とを含む、球面収差補償モジュールとを含む、
   光学走査装置。
2. 前記ビームスプリッタから出て来る前記放射線ビームの前記光路を、前記ビームスプリッタを通じて前記情報層に向けて反射するために、前記反射手段は、前記ビームスプリッタに面する、請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記球面収差補償手段は、光路長補償手段である、請求項１に記載の光学走査装置。
4. 前記光路長補償手段は、切換え液晶セルである、請求項３に記載の光学走査装置。
5. 前記光路長補償手段は、離散的な段階位相プレートである、請求項３に記載の光学走査装置。
6. 前記球面収差補償手段は、共役変動補償手段である、請求項１に記載の光学走査装置。
7. 前記共役変動補償手段は、球面収差補正レンズを含む、請求項６に記載の光学走査装置。
8. 前記球面収差補償手段は、前記球面収差補正レンズを前記放射線ビームの光軸に沿って移動するための手段を含む、請求項７に記載の光学走査装置。
9. 前記反射手段は、平面鏡であり、前記球面収差補償手段は、前記平面鏡を前記放射線ビームの光軸に沿って移動するための手段を含む、請求項７に記載の光学走査装置。
10. 前記反射手段は、楔形鏡であり、前記球面収差補償手段は、前記楔形鏡を前記放射線ビームの光軸に対して垂直に移動するための手段を含む、請求項７に記載の光学走査装置。
11. 当該光学走査装置は、情報検出ビーム検出手段を含み、格子が前記情報検出ビーム内に配置され、前記検出手段は、前記球面収差補正レンズの焦点面内に配置される、請求項７に記載の光学走査装置。

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