(57)【要約】本発明は、励起源（１１）により発せられた励起ビーム（１３）と相互作用する場合に励起放射を発生することが可能な材料にデータを記憶する複数の層を有する情報担体（１６）内の情報を走査するための走査装置に関する。前記走査装置は、前記担体の層に前記励起ビームを投射する及び前記励起放射を集めるための対物レンズ（１５）を有する。前記走査装置はまた、前記対物レンズで集められる前記励起放射を検出するための検出ユニット（１９）を有する。本発明によれば、前記励起ビームは、レンズ開口数よりも低い開口数を持つ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起源により発せられた励起ビームと相互作用する場合に励起放射を発生することが可能な材料にデータを記憶する複数の層を有する情報担体内の情報を走査するための走査装置であって、当該走査装置は、前記担体の層に前記励起ビームを投射する及び前記励起放射を集めるための対物レンズであって、レンズ開口数を持つ対物レンズ、並びに前記対物レンズで集められる前記励起放射を検出するための検出ユニットを有する、走査装置において、前記励起ビームは、前記レンズ開口数よりも低い開口数を持つことを特徴とする走査装置。
【請求項２】
前記レンズ開口数は０．５及び１の間であることを特徴とする請求項１に記載の走査装置。  
【請求項３】
前記励起ビームの前記開口数は０．４及び０．７の間であることを特徴とする請求項２に記載の走査装置。
【請求項４】
前記励起源と前記対物レンズとの間に、前記励起ビームの前記開口数を減少させるための光学アセンブリを有することを特徴とする請求項１に記載の走査装置。
【請求項５】
前記光学アセンブリは、前記励起ビームの前記開口数を減少させるように設計されたダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項４に記載の走査装置。
【請求項６】
前記光学アセンブリは、前記励起ビームの径を低減させるための絞りであることを特徴とする請求項４に記載の走査装置。  
【請求項７】
前記励起源はレーザダイオードであり、前記光学アセンブリはコリメータレンズを有することを特徴とする請求項４に記載の走査装置。
【請求項８】
前記光学アセンブリはさらにビームエキスパンダを有することを特徴とする請求項７に記載の走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起源により発せられた励起ビームと相互作用する場合に励起放射を発生することが可能な材料にデータを記憶する複数の層を有する情報担体内の情報を走査するための走査装置であって、当該走査装置は、前記担体の層に前記励起ビームを投射する及び前記励起放射を集めるための対物レンズであって、レンズ開口数を持つ対物レンズ、並びに前記対物レンズで集められる前記励起放射を検出するための検出ユニットを有する、走査装置に関する。
【０００２】
本発明は、とりわけ、蛍光多層ディスクからデータを読取る及び／又は蛍光多層ディスクにデータを記録するための光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
蛍光光記憶読取り用の走査装置は米国特許第6,009,065号に述べられている。情報担体は多層光ディスクの形態で構成される。情報は、蛍光及び非蛍光セルのシーケンスとして付されている、すなわち、記録されていて、蛍光セルは、励起ビームと相互作用する場合に励起放射を発生することが可能な材料からなる。情報担体の各層は、励起ビーム及び励起放射の波長に対して透明である厚い層によって分離されている。斯かる多層光ディスクは２乃至１００又はそれ以上の複数の層を有する。
【０００４】
励起ビームはディスクの層上に対物レンズによって集束される。蛍光セルが励起ビームによって照射される場合、蛍光信号が発生する。この蛍光信号は、励起ビームの波長と異なる波長を持ち、検出ユニットにより検出される。検出ユニットは、焦点が合っている層から来る蛍光信号と焦点がずれている層から来る蛍光信号とを分離するための手段を有する。例えば、共焦点ピンホールが、焦点がずれている層から来る蛍光信号を空間的に阻止するためにフォトダイオードの前に挿入される。
【０００５】
図１は、多層光記憶用の走査装置を図示している。斯かる走査装置は、励起源１１、コリメータレンズ１２、ダイクロイックミラー１４、対物レンズ１５、結像レンズ１８及び検出ユニット１９を有する。この走査装置は、蛍光多層担体１６を読取るためのものである。
【０００６】
前記励起源は励起ビーム１３を発生する。コリメータレンズ１２は、平行励起ビームを供給するように設計されている。励起ビーム１３は、次いで、ダイクロイックミラー１４に到達し、対物レンズ１５に向けられる。対物レンズ１５は、この励起ビーム１３を担体１６の層上に集束する。対物レンズ１５は、所望の層上に励起ビーム１３を集束するため上下に可動される。
【０００７】
励起ビーム１３はディスクの層と相互作用し、その結果、励起放射１７がもたらされる。この励起放射は、前記ダイクロイックミラーを通過し、結象レンズ１８に到達する。結象レンズ１８は検出ユニット１９上に励起放射１７を集束する。
【０００８】
層の記憶容量は、集束励起ビームの面積、すなわち、励起ビーム１３が層上に集束される場合に該層上に作られるスポットの面積に依存する。大きな記憶容量を得るために、小さな集束スポット面積が必要とされる。
【０００９】
ところで、集束スポット面積は（λ／ＮＡ）２に比例する。ここで、λは励起ビーム１３の波長であり、ＮＡは励起ビーム１３の開口数、すなわち、この場合は対物レンズの開口数である。したがって、より大きな記憶容量を得るために、できる限り大きな開口数を持つ対物レンズを用いることが賢明であるように思われる。しかしながら、対物レンズに使用可能な開口数は、対物レンズの外側瞳領域(outer pupil region)を通る励起ビーム１３の部分に対して生じる収差の存在により制限される。これら収差は、対物レンズの開口数に伴い大きく増加する。例えば、三次球面収差はＮＡ４に伴い増加する。このことは不利な点である。なぜなら、収差は検出ユニット１９により検出される信号に大きく影響し、それゆえ信頼性のない走査装置を招くからである。実際には、多層記憶においては、担体内の異なる位置における異なる層にアクセスしなければならず、これは、層依存性の収差、特に、球面収差を招く。単一層記憶のように、単一のレンズでもってこれを予め補正することは無理である。
【００１０】
この理由のため、使用可能な対物レンズの開口数は、実際にはおおよそ０．６に制限される。ところで、他の考慮もする必要がある。励起放射の幾何学的放射特性は、励起ビームの幾何学的放射特性と同じではない。すなわち、等方性の場合、励起放射は、励起蛍光セルから全方向に伝搬する。したがって、対物レンズ１５で集められる励起放射１７は、励起ビームにより誘発された励起放射の小部分に対応し、対物レンズ１５の開口数が小さくなるにつれ、対物レンズ１５で集められる励起放射の部分は小さくなる。
【００１１】
それゆえ、対物レンズ１５で集められる励起放射に対応する、検出ユニット１９により検出される信号は、０．６より劣っている開口数を持つ使用可能な対物レンズの場合低くなる。低検出信号は不利である。なぜなら、これは、低信号対雑音比を招き、したがって、走査装置の制限された帯域幅及びデータレートを招くからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、対物レンズで集められる励起放射に対応する検出信号が増大する走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、冒頭段落に記載の本発明による走査装置は、励起ビームがレンズ開口数よりも低い開口数を持つことを特徴とする。
【００１４】
励起ビームが平行ビームである場合、励起ビームがレンズ開口数よりも低い開口数を持つという事実は、励起ビームが対物レンズの径よりも小さな径を持つことを意味する。励起ビームが平行ビームではない場合、励起ビームがレンズ開口数よりも低い開口数を持つという事実は、励起ビームが対物レンズの表面の一部しかカバーしないことを意味する。
【００１５】
それゆえ、本発明によれば、励起ビームは、対物レンズの外側瞳領域を通らないように構成される。斯くして、これにより、低開口数で蛍光セルの励起が可能になり、その結果、収差は低く、対物レンズの全面が放たれた光を集めるために用いられるので、検出信号は増大する。
【００１６】
レンズ開口数は０．６を凌ぐことが有利である。これにより、レンズ開口数が通例０．６よりも劣る既知の走査装置と比較して検出信号を増大させることが可能になる。
【００１７】
励起ビームの開口数は実質的に０．６に等しいことが好ましい。これにより、既知の多層担体の記憶容量と実質的に同じかより大きな記憶容量を持つ多層担体を走査することが可能になる。
【００１８】
好ましい実施例においては、走査装置がさらに、励起源と対物レンズとの間に、励起ビームの開口数を減少させるための光学アセンブリを有する。この好ましい実施例によれば、種々の励起源が本発明による走査装置において用いられ得るであろう。実際には、所望の開口数よりも大きな開口数を持つ励起ビームを生成する励起源が用いられる場合、光学アセンブリは所望の開口数を持つ励起ビームを生成する。
【００１９】
光学アセンブリはダイクロイックミラーであることが有利である。ダイクロイックミラーは既知の走査装置において既に用いられているので、このダイクロイックミラーが、励起ビームの開口数を減少させるように特別に設計されるであろう。斯くして、斯かる走査装置は、既知の走査装置よりも多くの光学部品を必要としない。
【００２０】
光学アセンブリは励起ビームの径を低減させるための絞りであることが好ましい。これは、励起ビームが平行ビームである場合にとりわけ有利である。斯かる絞りは設計が容易であり、かさばるものではない。
【００２１】
励起源はレーザダイオードであり、光学アセンブリはコリメータレンズを有することが有利である。既知の走査装置と比較して、コリメータレンズの径しか、本発明を実施するために変更する必要がない。
【００２２】
光学アセンブリはさらにビームエキスパンダを有することが好ましい。これにより、既知の走査装置のレーザダイオード及びコリメータレンズを用いることができ、ビームエキスパンダのみを加えるだけで、ビーム径、したがって、励起ビームの開口数を減少させることが可能になる。
【００２３】
本発明のこれらの及び他の特徴が、以下に記載の実施例を参照して明らかになり、詳述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を例示として添付の図面を参照してより詳細に述べる。
【００２５】
本発明による走査装置が図２に描写されている。斯かる走査装置は、励起源１１、ダイクロイックミラー１４、対物レンズ１５、結像レンズ１８及び検出ユニット１９を有する。この走査装置は、蛍光多層担体１６を読取るためのものである。
【００２６】
この例において、励起源１１は、平行ビームを発するように設計されている。励起源１１により発せられた平行ビームはダイクロイックミラー１４に到達し、対物レンズ１５に向けられる励起ビーム１３が発せられる。対物レンズ１５は、この励起ビーム１３を担体１６の層上に集束する。
【００２７】
励起ビーム１３は、対物レンズ１５の開口数よりも低い開口数を持つ。この例において、これは、励起ビームの径ｄが対物レンズの径Ｄよりも小さいことを意味する。
【００２８】
例えば、励起ビーム１３の開口数は０．６であり、対物レンズの開口数は０．８である。１．７６５ミリメートルの焦点距離を持つ対物レンズについて、これは、２．８２ミリメートルのレンズ径Ｄ及び２．１２ミリメートルの励起ビーム径ｄに対応する。
【００２９】
多層システム用の既知の走査装置において、０．８の開口数を持つ対物レンズを用いることは実用的でない。なぜなら、この結果、０．８の開口数を持つ励起ビームをもたらし、これは、アドレスされる層毎に異なる光学収差を招くからである。したがって、０．６より劣る開口数を持つ対物レンズが既知の走査装置において通例用いられる。結果として、対物レンズ１５は、励起ビームにより誘発される励起放射の小部分しか集めない。実際には、対物レンズ１５で集められる励起ビームにより誘発される励起放射の部分は約（ＮＡ／２ｎ）２であることが証明され得る。ここで、ｎは蛍光多層担体１６の屈折率である。０．６の対物レンズ及び１．５の屈折率について、励起ビームにより誘発される励起放射の４％しか対物レンズ１５で集められない。
【００３０】
励起ビーム１３の開口数が０．６であり、対物レンズの開口数が０．８である上述の例においては、励起ビームにより誘発される励起放射の７．１％が対物レンズ１５で集められる。対物レンズ１５で集められる励起放射のこの大きな増加は、検出ユニット１９により検出される信号の大きな増加を招き、したがって、より信頼性のある走査装置を招く。さらに、励起ビーム１３の開口数は、この例において、既知の走査装置におけるものと同じであるので、本発明は付加的な光学収差を導入せず、蛍光多層担体１６の記憶容量は減少しない。
【００３１】
無論、他の開口数が本発明による走査装置で用いられてもよい。例えば、０．４及び０．７の間の開口数を持つ励起ビーム、並びに０．５及び１の間の開口数を持つ対物レンズを選択することが可能である。開口数の選択は、とりわけ、所望のクロストークのレベルに依存する。クロストークは、焦点がずれている層に対応する検出信号の部分を表す。
【００３２】
実際には、検出ユニット１９の大きさが限られていることに起因して、対物レンズ１５で集められる励起放射の増加と検出ユニット１９で検出される信号の減少との間にはトレードオフがある。なぜなら、励起放射に存在する収差は、検出ユニット１９により検出される集束スポットの大きさを増加させ、この大きさは、所望のクロストークのレベルにより決定されるからである。斯くして、開口数の選択は所望のクロストークのレベルに依存する。
【００３３】
本発明による他の走査装置が図３に描写されている。斯かる走査装置は、励起源１１、ダイクロイックミラー１４、対物レンズ１５及び検出ユニット１９を有する。この走査装置は、蛍光多層担体１６を読取るためのものである。
【００３４】
この例において、励起源１１は発散ビームを発する。この発散ビームは、励起ビーム１３を発するようにダイクロイックミラー１４を通る。励起源は、例えば、レーザダイオードである。斯くして、励起ビーム１３は発散ビームであり、対物レンズ１５は蛍光多層担体１６の所望の層上に励起ビーム１３を集束するように設計されている。この例において、励起ビーム１３の開口数が対物レンズ１５の開口数よりも低いという事実は、励起ビーム１３が対物レンズ１５の表面の一部しかカバーしないということを意味する。言い換えると、励起ビーム１３と対物レンズ１５のセントラルディスクとの交わりが、対物レンズ１５の径Ｄよりも小さな径のディスクである。
【００３５】
図４は、励起ビームの開口数を減少させるためにダイクロイックミラーが用いられる走査装置を示す。この走査装置においては、励起源１１が、本発明による所望の励起ビームの径よりも大きな径の平行ビームを発する。ダイクロイックミラー１４は、所望の開口数を持つ励起ビーム１３を生成するために用いられる。
【００３６】
励起源１１により発せられた平行ビームの径よりも小さな径を持つ励起ビーム１３を生成するために、ダイクロイックミラー１４は、励起源１１から来る平行ビームの一部のみを反射するように設計されている。この反射する部分が励起ビーム１３に対応する。これは、ダイクロイックミラー１４の表面の適切な処理により達成され得る。逆に言うと、ダイクロイックミラー１４は、励起放射に対応するビームを変化させないように設計され、ゆえに、対物レンズ１５で集められる全ての励起放射が検出ユニット１９により検出され得る。
【００３７】
図５は、励起ビームの開口数を減少させるためにダイクロイックミラーが用いられる他の走査装置を示す。この走査装置においては、励起源１１が、本発明による励起ビームの径よりも大きな径の平行ビームを発する。
【００３８】
ダイクロイックミラー１４は、励起源１１から来る平行ビームの一部しか該ダイクロイックミラー１４を通ることができないように設計されている。この通過する部分が励起ビーム１３に対応する。これは、ダイクロイックミラー１４の表面の適切な処理により達成され得る。逆に言うと、ダイクロイックミラー１４は、励起放射に対応するビーム全体を反射するように設計され、ゆえに、対物レンズ１５で集められる全ての励起放射が検出ユニット１９により検出され得る。
【００３９】
図６は、励起ビームの開口数を減少させるために絞りが用いられる走査装置を示す。この走査装置においては、励起源１１が、本発明による所望の励起ビームの径よりも大きな径の平行ビームを発する。絞り６０は励起ビーム１３を生成するために用いられる。
【００４０】
この絞り６０は、励起源１１により発せられた平行ビームを、径ｄを持つ部分を除いて阻止するように設計されている。この径ｄを持つ部分が励起ビーム１３に対応する。絞りは、励起源１１により発せられたビームを吸収することができる材料から作られ、励起ビーム１３の径ｄに等しい径を持つ孔を有する。
【００４１】
図７は、励起ビームの開口数を減少させるためにコリメータレンズ１２が用いられる走査装置を示す。この例において、励起源１１はレーザダイオードであり、コリメータレンズ１２の焦点に配置される。コリメータレンズ１２の径は所望の励起ビーム１３の径に等しい。レーザダイオード１１は発散ビームを発する。この発散ビームはコリメータレンズ１２により平行ビームに変換される。次いで、この平行ビームはダイクロイックミラー１４により反射される。ダイクロイックミラー１４は、所望の開口数を持つ励起ビーム１３を発する。
【００４２】
図８は、励起ビームの開口数を減少させるためにビームエキスパンダ７０が用いられる走査装置を示す。このビームエキスパンダ７０は、第１ビームエキスパンダレンズ７０１及び第２ビームエキスパンダレンズ７０２を有する。この例において、励起源１１はレーザダイオードであり、コリメータレンズ１２の焦点に配置される。コリメータレンズ１２の径は、所望の励起ビーム１３の径を凌ぐ。レーザダイオード１１は発散ビームを発する。この発散ビームはコリメータレンズ１２により平行ビームに変換される。斯くして、この平行ビームは、所望の励起ビーム１３の径を凌ぐ径を持つ。
【００４３】
ビームエキスパンダは、大きな径を持つビームから小さな径を持つビームを生成するために用いられる。第１ビームエキスパンダレンズ７０１は、コリメータレンズ１２と同じ径を持つ。第２ビームエキスパンダレンズ７０２は、所望の励起ビーム１３の径ｄに等しい径を持つ。第１ビームエキスパンダレンズ７０１及び第２ビームエキスパンダレンズ７０２は、それらの焦点がマージされるように配置される。斯くして、所望の励起ビームの径ｄに等しい径の平行ビームが得られる。
【００４４】
“有する”という動詞及びその活用の使用は、如何なる請求項に規定される構成要素以外の他の如何なる構成要素の存在も除外するものではないことは明らかであろう。単数様に表される構成要素は、複数の斯かる構成要素の存在を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】背景技術による多層光記憶用の走査装置を示す図である。
【図２】本発明による多層光記憶用の走査装置を示す図である。
【図３】本発明による多層光記憶用の他の走査装置を示す図である。
【図４】励起ビームの開口数を減少させるためにダイクロイックミラーが用いられる本発明による多層光記憶用の走査装置を示す図である。
【図５】励起ビームの開口数を減少させるためにダイクロイックミラーが用いられる本発明による多層光記憶用の他の走査装置を示す図である。
【図６】励起ビームの開口数を減少させるために絞りが用いられる本発明による多層光記憶用の走査装置を示す図である。
【図７】励起ビームの開口数を減少させるためにコリメータレンズが用いられる本発明による多層光記憶用の走査装置を示す図である。
【図８】励起ビームの開口数を減少させるためにビームエキスパンダが用いられる本発明による多層光記憶用の走査装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005538479.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005538479.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2005538479.tif 000011
2005538479.tif 000012