(57)【要約】  本発明は光学走査装置に関する。その光学走査装置は様々な動作モードで使用可能な位相構造体系を有する。光学走査装置は、第１異常軸を有する第１複屈折性材料（２０３）を有する第１位相構造体（１０５）、及び第２異常軸を有する第２複屈折性材料（２０８）を有する第２位相構造体（１０６）を有する。第１位相構造体及び第２位相構造体は実質的に同一のパターンを有する。光学装置はさらに、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率が実質的に等しくなるように、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率を調節する手段を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１異常軸を有する第１複屈折性材料を有する第１位相構造体及び、前記第１異常軸に垂直な第２異常軸を有する第２複屈折性材料を有する第２位相構造体を有し、
前記第１位相構造体及び前記第２位相構造体は実質的に同一のパターンを有することを特徴とし、
前記第１複屈折性材料及び前記第２複屈折性材料の異常屈折率が実質的に等しくなるように前記第１複屈折性材料及び前記第２複屈折性材料の異常屈折率を調節する手段を有する光学走査装置。
【請求項２】
前記第１複屈折性材料及び前記第２複屈折性材料は液晶材料で、かつ、
前記の調節手段は前記液晶材料に電場を印加する手段を有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の光学走査装置。
【請求項３】
前記第１位相構造体及び前記第２位相構造体は同一でかつ単一の光学素子の一部を形成することを特徴とする、請求項１に記載の光学走査装置。
【請求項４】
第１異常軸を有する第１複屈折性材料を有する第１位相構造体及び、前記第１異常軸に垂直な第２異常軸を有する第２複屈折性材料を有する第２位相構造体を有し、
前記第１位相構造体及び前記第２位相構造体は実質的に同一のパターンを有することを特徴とし、
前記電極間で電位差を印加することで前記第１複屈折性材料及び前記第２複屈折性材料の異常屈折率を調節することを可能にする電極を有する光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は様々な動作モードでの使用を意図した位相構造体を有する光学走査装置に関する。
【０００２】
本発明は光学ディスクへの記録及び光学ディスクからの読み取り用光学ディスク装置に対して特に有用である。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は様々な動作モードで動作可能な光学走査装置について説明している。第１モードでは、光学走査装置は第１波長を有する第１放射ビームで第１情報キャリアを走査することが意図されている。第２モードでは、光学走査装置は第２波長を有する第２放射ビームで第２情報キャリアを走査することが意図されている。第３モードでは、光学走査装置は第３波長を有する第３放射ビームで第３情報キャリアを走査することが意図されている。第１情報キャリア、第２情報キャリア及び第３情報キャリアの被覆層厚さの違いのため、この光学走査装置には球面収差が発生する。球面収差を補償するため、位相構造体が使用される。選択されたモードに依存して、位相構造体は異なった振る舞いをすることでそれぞれ異なる大きさの球面収差を発生させる。この目的のため、位相構造体は、選択モードの関数として、電場印加によって切り替え可能な液晶材料を有する。位相構造体の設計及び電場の印加は、位相構造体が第１放射ビームの０次回折放射ビーム並びに、第２放射ビーム及び第３放射ビームそれぞれの高次回折放射ビームを形成するように選ばれる。
【０００４】
そのような光学走査装置は偏光を使用する。この目的のため、偏光ビームスプリッタは放射ビームを生成する放射光源と情報キャリア上に放射ビームを集光する対物レンズとの間に設けられる。位相構造体が球面収差を発生させるので、許容される位相構造体と対物レンズとの間の偏心量は小さい。その結果、位相構造体はトラッキング中に対物レンズを動かすアクチュエータ上に設置されなくてはならない。これは、位相構造体は偏光ビームスプリッタと対物レンズとの間に設けられなくてはならないことを意味する。なぜなら偏光ビームスプリッタはアクチュエータ上に設置されないからである。ここで、λ／４板をそのような偏光を使用する光学走査装置に使用する。位相構造体では直線偏光が必要となるので、位相構造体はλ／４板の前に設置されなくてはならない。つまりλ／４板は位相構造体と対物レンズとの間に設けられなくてはならない。
【特許文献１】特開２００１−２０９９６６号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０４９０９５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で説明されているような光学走査装置では様々な光学素子が上述のように設置されているため、情報キャリアから位相構造体へ向かう放射ビームの偏光は、偏光ビームスプリッタから位相構造体へ向かう放射ビームの偏光と直交する。これによって、検出放射ビームにアーティファクトが導入される。たとえば、情報キャリアへ向かうときの第２放射ビームの偏光に対しては、位相構造体が回折格子として機能するため、第２放射ビームは情報キャリアへ向かう途中で回折される。しかし情報キャリアから戻ってくる途中では第２放射ビームは回折されない。なぜなら情報キャリアから戻ってくる第２放射ビームの偏光は情報キャリアへ向かうときの偏光と直交しており、位相構造体が回折格子として全く機能しないからである。このことは、この第２放射ビームは情報キャリアへ向かう途中と情報キャリアからの途中で異なる光路を進み、その結果として検出器にアーティファクトを発生させるということを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、光学走査装置の様々な動作モードで使用可能な位相構造体を有する光学走査装置の提供である。この光学走査装置の特徴は、検出放射ビームにアーティファクトを発生させないことである。
【０００７】
この目的のため、本発明は、第１異常軸を有する第１複屈折性材料を有する第１位相構造体及び、当該第１異常軸に垂直な第２異常軸を有する第２複屈折性材料を有する第２位相構造体を有し、第１位相構造体及び第２位相構造体は実質的に同一のパターンを有することを特徴とし、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率は実質的に等しい状態を保持したまま第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率を調節する手段を有する光学走査装置を提案する。
【０００８】
本発明に従うと、光学走査装置は、異常軸が垂直な複屈折性材料を有する２つの位相構造体を有する。実施例の項で説明するように、そのような２つの位相構造体の組み合わせは偏光に独立である。これは、２つの位相構造体の組み合わせの振る舞いが当該組み合わせを通過する放射ビームの偏光に依存しないということを意味する。その結果として、検出放射ビームにはアーティファクトが発生しない。たとえば、情報キャリアへ向かう途中で回折される従来技術の第２放射ビームはまた、情報キャリアから戻ってくる途中でも回折される。その理由は、当該組み合わせを通過する放射ビームの偏光が何であっても、２つの位相構造体の組み合わせは回折格子として機能するからである。よって第２放射ビームは情報キャリアへ向かう途中及び情報キャリアから戻ってくる途中で同じ光路を進む。
【０００９】
本発明に従った光学装置は第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率を調節する手段を有する。これにより、光学走査装置の様々な動作モードで２つの位相構造体を使用することが可能となる。動作モードが変化するとき、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率は調節され、たとえば放射ビームのそれぞれ異なる程度の球面収差を導入する。調節手段は、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率が実質的に等しい状態を保持するように構成されている。これによって、本発明に従った２つの位相構造体の組み合わせが偏光に対して独立することを保証する。
【００１０】
有利なことに、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料は液晶材料であり、調節手段は当該液晶材料に電場を印加する手段を有する。そのような液晶材料は複屈折性材料として容易に使用可能で、所望の異常軸を与える上で容易に処理することが可能である。
【００１１】
第１位相構造体及び第２位相構造体は同一かつ単一の光学素子の一部を形成するのが好ましい。これにより、光学走査装置が比較的小型になる。
【００１２】
本発明はまた、第１異常軸を有する第１複屈折性材料を有する第１位相構造体及び、当該第１異常軸に垂直な第２異常軸を有する第２複屈折性材料を有する第２位相構造体を有し、第１位相構造体及び第２位相構造体は実質的に同一のパターンを有することを特徴とし、光学素子は電極を有し、当該電極間では、第１複屈折性材料及び第２複屈折性材料の異常屈折率を調節するための電位差の印加が可能であることを特徴とする光学走査装置にも関する。
【００１３】
本発明のこれら及び他の態様は以降で説明される実施例を参照することで明確になる。
【実施例】
【００１４】
本発明に従った光学走査装置が図１に図示されている。この光学走査装置は放射ビーム１０２を生成する放射光源１０１、偏光ビームスプリッタ１０３、コリメータレンズ１０４、第１位相構造体１０５、第２位相構造体１０６、対物レンズ１０７、λ／４板１０８、検出手段１０９、計測手段１１０及びコントローラ１１１を有する。この光学走査装置は情報キャリア１００の走査を意図している。
【００１５】
走査動作、これは書き込み動作中又は読み取り動作中であって良い、の最中、情報キャリア１００は放射光源１０１によって生成される放射ビーム１０２によって走査される。コリメータレンズ１０４及び対物レンズ１０７は放射ビーム１０２を情報キャリア１００上に集光する。情報層上の放射ビーム１０２の位置のエラーに対応した焦点エラー信号を検出することは可能である。この焦点エラー信号は、対物レンズ１０７の軸位置を補正することで放射ビームの焦点位置を補償するのに使用することが可能である。信号はコントローラ１１１へ送信される。それによって対物レンズ１０７を軸上で動かすためにアクチュエータを駆動させる。焦点エラー信号及び情報層に書き込まれたデータは検出手段１０９によって検出される。
【００１６】
図１の例では、第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６は２つのそれぞれ異なる光学素子である。図２で図示されているように、第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６はまた、同一かつ単一の光学素子の一部を形成する。しかも、２つの位相構造体１０５及び１０６のうちの少なくとも１つはコリメータレンズ１０４又は対物レンズ１０７のような図１で説明された他の素子を有する光学素子の一部であって良い。図１の光学走査装置はさらに第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６の異常屈折率を調節する手段を有する。この詳細は以下の図で示される。
【００１７】
図２は第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６の詳細を図示している。図２の例では、第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６は同一かつ単一の光学素子の一部を形成する。この光学素子は、第１基板２０１、第１電極２０２、第１複屈折性材料２０３、第１等方性材料２０４、第２電極２０５、第２基板２０６、第３電極２０７、第２複屈折性材料２０８、第２等方性材料２０９、第４電極２１０及び第３基板２１１を有する。第１複屈折性材料２０３及び第１等方性材料２０４は第１位相構造体１０５を形成する。第１複屈折性材料２０３と第１等方性材料２０４の間の境界には第１パターンが形成される。第２複屈折性材料２０８及び第２等方性材料２０９は第２位相構造体１０６を形成する。第２複屈折性材料２０８と第２等方性材料２０９の間の境界では第１パターンと実質的に同一の第２パターンが形成される。
【００１８】
図２の例では、第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８は液晶材料である。しかし、他の複屈折性材料も本発明に従って使用して良い。たとえば、２つの電極間に電位差を印加することで電流を発生させるときに回転可能な帯電置換基を有する分子を使用しても良い。第２複屈折性材料２０８は第１複屈折性材料２０３の異常軸と垂直な異常軸を有する。これは、適切な異方性ネットワークが第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８に使用されることで実現可能である。
【００１９】
その代わりに、複屈折性材料に接する電極の化学的又は機械的修飾を行うことで好適な液晶配向を誘起しても良い。
【００２０】
その代わりに、複屈折性材料を封じる付加的配向層を使用しても良い。配向層はラビング配向ポリイミド層又は、クマリン誘導体若しくはシンナメート誘導体のような光配向層のように従来の液晶ディスプレイの構築に使用されてきた典型的なものであって良い。上記の配向層の堆積はスピンコーティング又はディップコーティングのような従来のプロセス技術で実現可能である。配向層の種類に依存して、所望の配向を誘起するのに引き続いてのラビング又は短時間のＵＶ露光が必要となる。ポリイミドを使用する利点は、その顕著な温度に対する安定性である。ポリイミドの温度安定性は、大多数の有機ポリマーで一般に観測される典型的な劣化温度よりも十分高い。
【００２１】
図２は、第１電極２０２と第２電極２０５の間、及び第３電極２０７と第４電極２１０の間に電位差が印加されていないときの第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６を図示している。図３ａ、図３ｂ及び図３ｃで説明しているように、電場を発生させるのにこれらの電極間に電位差を印加することが可能である。第１基板２０１、第２基板２０６及び第３基板２１１は透明で、同様に第１電極２０２、第２電極２０５、第３電極２０７及び第４電極２１０も透明である。
【００２２】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃでは、図１の光学走査装置の様々な動作モードでの図２の光学素子が図示されている。便宜上図３ａ、図３ｂ及び図３ｃでは参照番号をつけていないが、図２と同じである。
【００２３】
図３ａでは、第１電極２０２と第２電極２０５の間、及び第３電極２０７と第４電極２１０の間に第１電位差Ｖ１が印加されている。その結果、第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８中に同一の電場が発生する。それに従って第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の液晶分子は同一角度で回転する。第１複屈折性材料２０３の液晶分子はシートに垂直な面内で回転し、その一方で第２複屈折性材料２０８の液晶分子はシート面内で回転する。よって第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の異常屈折率は等しいままである。第１複屈折性材料の異常屈折率は通常の正常屈折率ｎｏと通常の異常屈折率ｎｅとの間で変化する。分子が異常軸に沿って配向するとき、異常屈折率はｎｅである。分子が異常軸に対して垂直に配向するとき、異常屈折率はｎｏである。図３ａの例では、異常屈折率はｎｏとｎｅの間で、ｎｅに近い値である。
【００２４】
この例では、等方性材料は屈折率がｎｏに等しくなるように選ばれる。図３ａは光学素子を通過する放射ビームを図示している。この例では、放射ビームは第２複屈折性材料２０８の異常軸に平行な偏光を有する。その結果、第１複屈折性材料２０３の見かけの異常軸はこの放射ビームに対してｎｏである。等方性材料がｎｏに等しい屈折率を有するので、第１位相構造体１０５はこの放射ビームに対して透明板のとして機能する。このことは、放射ビームが回折されないということを意味する。第２複屈折性材料２０８の見かけの屈折率はｎｅに近く、ｎｏとｎｅとの間の値である。それに従って第２位相構造体１０６は回折格子として機能し、放射ビームは回折される。
【００２５】
情報キャリアから戻ってくるとき、放射ビームは元の偏光とは垂直な偏光を有する。この例では、放射ビームは第１複屈折性材料２０３の異常軸に平行な偏光を有する。その結果、第２複屈折性材料２０８の見かけの屈折率はこの放射ビームに対してｎｏとなる。第２位相構造体１０６はこの放射ビームに対して透明板として機能する。このことは、放射ビームが回折されないということを意味する。第１複屈折性材料２０３の見かけの屈折率はｎｅに近く、ｎｏとｎｅとの間の値である。それに従って第１位相構造体１０５は回折格子として機能し、放射ビームは回折される。その理由は、第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の異常屈折率は同一であり、第１位相構造体１０５及び第２位相構造体１０６のパターンは同一であり、回折角は同一だからである。もし図３ａに図示されているように、光学素子に入射する放射ビームが平行ビームであれば、情報キャリアから戻ってくる途中で光学素子を射出する放射ビームもまた平行ビームである。その結果、検出放射ビームにアーティファクトが発生しない。
【００２６】
この光学素子又は２つの位相構造体の組み合わせは偏光に独立であることが示された。当該光学素子を通過する放射ビームの偏光の種類によらず、光学素子は同じように振る舞う。このことは、２つの位相構造体のこの組み合わせは光路中のどこに設置しても良いという別な利点を有する。
【００２７】
図３ｂでは、第１電極２０２と第２電極２０５の間、及び第３電極２０７と第４電極２１０の間に第２電位差Ｖ２が印加されている。第２電位差Ｖ２は、液晶分子が図３ａでの角度よりも大きな角度で回転するような値である。よって第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の異常屈折率は図３ａでの値よりも小さくなる。
【００２８】
図３ｃでは、第１電極２０２と第２電極２０５の間、及び第３電極２０７と第４電極２１０の間に第３電位差Ｖ３が印加されている。第３電位差Ｖ３は、液晶分子が９０°で回転するような値である。その結果、液晶分子は電極とは垂直に配向する。この配向はホメオトロピック配向と呼ばれる。この場合では、光学素子は透明板として機能する。実際、第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の見かけの屈折率は偏光の種類によらずｎｏである。
【００２９】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃで図示されている光学素子は３つの異なる動作モードで使用される。特許文献１のように、光学走査装置は、第１モードでは第１波長を有する第１放射ビームで第１情報キャリアを走査し、第２モードでは第２波長を有する第２放射ビームで第２情報キャリアを走査し、そして第３モードでは第３波長を有する第３放射ビームで第３情報キャリアを走査することが意図されている。以下の例では、第１情報キャリアはＣＤで、第１放射ビームは波長λＣＤ＝７８５ｎｍを有する；第２情報キャリアはＤＶＤで、第２放射ビームは波長λＤＶＤ＝６５０ｎｍを有する；第３情報キャリアはＢＤで、第３放射ビームは波長λＢＤ＝４０５ｎｍを有する。電位差は、光学素子が第３放射ビームの０次回折放射ビーム及び、第２放射ビーム及び第３放射ビームの高次回折放射ビームを形成するように選ばれる。
【００３０】
ＢＤが走査されるとき、図３ｃに図示されているように電位差Ｖ３が印加される。第３放射ビームは回折されない。このことは０次の回折放射ビームが形成されたことを意味する。電位差Ｖ１及び電位差Ｖ２は、第１放射ビーム及び第２放射ビームについて１次の回折が得られるように選ばれる。図３ａにおいてｎＣＤが第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の異常屈折率で、図３ｂにおいてｎＤＶＤが第１複屈折性材料２０３及び第２複屈折性材料２０８の異常屈折率の場合、ｎＣＤ＝ｎｏ＋（ｎＤＶＤ−ｎｏ）λＣＤ／λＤＶＤのときにＣＤ及びＤＶＤの両方について１次の回折が得られることを示すことが可能である。
【００３１】
電位差Ｖ１及び電位差Ｖ２は、これらの異常屈折率が得られるように容易に選ぶことが可能である。よって本発明に従った２つの位相構造体の組み合わせは従来技術の位相構造体と同一の機能を示すことが可能である。この組み合わせが偏光に対して独立であり、よって検出放射ビームにアーティファクトを発生させないという別な利点をさらに有して。
【００３２】
補償される球面収差の程度に依存して、他の次数の回折を選んでも良い。たとえば、電位差は、光学素子が第３放射ビームの０次回折放射ビーム、第２放射ビームの１次回折放射ビーム及び第１放射ビームの２次回折放射ビームを形成するように選ばれることが可能である。
【００３３】
図４ａ及び図４ｂでは、本発明に従った別な光学素子が図示されている。この素子は図２の光学素子に対応し、パターンのみが変化している。便宜上図４ａ及び図４ｂでは参照番号をつけていないが、図２と同じである。この光学素子は、２層の情報層を有する情報キャリアの走査が意図されている光学走査装置に使用される。そのような光学走査装置では、対物レンズは第１層で最適化される。第２層が走査されるときは、２層の情報層の間のスペーサ層の厚さのため放射ビームに球面収差が発生してしまう。図４ａ及び図４ｂの光学素子の２つの位相構造体のパターンは、放射ビームに波面収差を導入することで球面収差を補償するようになっている。そのようなパターンについては特許文献２で詳細に説明されている。
【００３４】
図４ａでは、第１電極２０２と第２電極２０５の間、及び第３電極２０７と第４電極２１０の間に第４電位差Ｖ４が印加されている。第４電位差Ｖ４は、液晶分子が電極に対して垂直に配向するように選ばれる。この場合、光学素子は図３ｃで説明したように透明板として機能する。よって第４電位差Ｖ４は第１情報層が走査されるモードで印加される。図４ｂでは、電極間に電位差が印加されていない。第２複屈折性材料２０８の異常軸に平行な偏光を有する放射ビームがこの光学素子を通過するとき、第１位相構造体１０５は透明板として機能し、その一方で第２位相構造体１０６は放射ビームに球面収差を導入する。よって第２情報層を走査するモードでは電位差が印加されない。第１複屈折性材料２０３の異常軸に平行な偏光を有する放射ビームがこの光学素子を通過するとき、第１位相構造体１０５は放射ビームに同程度の球面収差を導入し、その一方で第２位相構造体１０６は透明板として機能する。よってこの光学素子は偏光に対して独立である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に従った光学走査装置を図示している。
【図２】本発明に従った光学素子を図示している。
【図３ａ】光学走査装置の３つの動作モードにおける図２の光学素子を図示している。
【図３ｂ】光学走査装置の３つの動作モードにおける図２の光学素子を図示している。
【図３ｃ】光学走査装置の３つの動作モードにおける図２の光学素子を図示している。
【図４ａ】光学走査装置の２つの動作モードにおける本発明に従った別な光学素子を図示している。
【図４ｂ】光学走査装置の２つの動作モードにおける本発明に従った別な光学素子を図示している。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４ａ】
2007528573.tif 000008
【図４ｂ】
2007528573.tif 000009
【国際調査報告】
2007528573.tif 000010
2007528573.tif 000011
2007528573.tif 000012