(57)【要約】  本発明は、放射線ビームを生成する放射線源（101）と、光路に沿って、情報担体（100）に前記放射線ビームを集束させる手段（103、106）と、を有する光学装置に関する。放射線ビームは、中心軸と外側包囲とを有し、強度分布を有する。さらに、当該光学装置は、前記光路に、RIM強度、すなわち外側包囲近傍の強度と中心軸近傍の強度の間の比を増大させるように設計された光学部品（104）を有し、少なくとも中心軸近傍の放射線ビームが回折される。
2007520846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線ビームを生成する放射線源と、光路に沿って、情報担体に前記放射線ビームを集束させる手段と、を有する光学装置であって、
前記放射線ビームは、中心軸と外側包囲とを有し、前記放射線ビームは、強度分布を有し、
さらに、当該光学装置は、前記光路に、前記外側包囲近傍の強度と前記中心軸近傍の強度の間の比を増大させるように設計された光学部品を有し、少なくとも前記中心軸近傍の前記放射線ビームが回折される、光学装置。
【請求項２】
前記放射線ビームは、前記中心軸に対して垂直な、少なくとも第1および第2の方向を有し、前記放射線ビームは、前記第1の方向において第1の平均強度を有する第1の強度分布と、前記第2の方向において第2の平均強度を有する第2の強度分布と、を有し、前記第2の平均強度は、前記第1の平均強度よりも大きく、
前記光学部品は、前記第1の方向に比べて、前記第2の方向に、より強く前記放射線ビームを回折させるように設計されていることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学部品は、位相深さが前記放射線ビームの前記中心軸から前記外側包囲に向かって減少する位相構造を有することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項４】
前記光学部品は、ジューティサイクルが前記放射線ビームの前記中心軸から前記外側包囲に向かって減少する位相構造を有することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項５】
前記光学部品は、回折プロファイルが当該光学装置の作動モードに応じて変化する位相構造を有することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項６】
前記光学部品は、周期的な位相構造を有することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項７】
放射線ビームを生成する放射線源と、光路に沿って情報担体に前記放射線ビームを集束させる手段とを有する光学装置を用いて、前記情報担体に記録を行い、前記情報担体から読み出しを行う方法であって、
前記放射線ビームは、中心軸と、外側包囲とを有し、前記放射線ビームは、強度分布を有し、
当該方法は、
記録の際に、前記光路に、前記外側包囲近傍の強度と前記中心軸近傍の強度の間の比を増大させるように設計された、光学部品を提供するステップであって、前記中心軸近傍の前記ビームの第1の割合が回折されるステップと、
読み出しの際に、前記光学部品の回折プロファイルを変化させ、前記光学部品によって、前記中心軸近傍の前記ビーム強度の第2の割合が回折されるステップであって、前記第2の割合は、前記第1の割合よりも大きい、ステップと、
を有する方法。
【請求項８】
可変の位相深さを有する位相構造を有する光学部品。
【請求項９】
可変のジューティサイクルを有する位相構造を有する光学部品。
【請求項１０】
前記位相構造は、周期的であることを特徴とする請求項8または9に記載の光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報担体に記録を行い、および／または情報担体からの読み出しを行う光学装置に関する。
【０００２】
また本発明は、情報担体に記録を行い、情報担体からの読み出しを行う方法に関する。
【０００３】
また本発明は、光学部品に関する。
【０００４】
本発明は、特に、例えばCD、DVD、ブルーレイディスク（BD）用記録器および再生機のような、光ディスクに記録を行い、光ディスクから読み出しを行う光ディスク機器に関する。
【背景技術】
【０００５】
光学装置において、光ディスクのような情報担体にデータを記録し、情報担体からデータを読み出すため、放射線ビームが使用される。情報担体は、記録層を有し、この層の特性は、高強度放射線ビームを使用することによって、局部的に変化させることができる。記録層内に生じた局部的な変化は、記録データに対応しており、これは、その後、低強度放射線ビームによって情報を再生する際に使用される。例えば、記録層として相変化材料が使用される。記録の際に記録層は、高強度放射線ビームによって変化するが、読み出しには、低強度の放射線ビームが使用されるため、得られた情報層は、読み出しの際には変化しない。
【０００６】
放射線ビームは、放射線源によって生成され、コリメータレンズおよび対物レンズを用いて、光路に沿って情報層に集束される。光路に沿った放射線ビームの大部分は、中心軸および外側包囲を有する平行ビームである。放射線ビームは、放射線源および光学装置に依存した強度分布を有する。従来の光学装置では、中心軸近傍のビームの強度は、外側包囲近傍の強度よりも大きい。放射線ビームの外側包囲近傍の強度と中心軸近傍の強度の比は、リム強度と呼ばれている。
【０００７】
情報担体の情報層にデータを記録し、これからデータを読み出すため、ある量のリム強度が必要となる。実際には、リム強度が極めて小さい場合、ビームによって情報層上に形成されるスポットの品質は、悪くなり、記録および読み出し処理に影響が生じる。
【０００８】
リム強度を増大させるため、従来の光学装置では、コリメータレンズの焦点距離および対物レンズの瞳によって定まる放射線源から得られる開口数が抑制されている。この開口数は、コリメータレンズ開口数と呼ばれる。コリメータレンズ開口数が大きくなると、リム強度は増大する。その結果、放射線ビームの遠視野が、より多く削除される。
【０００９】
しかしながら、放射線ビームの遠視野の大部分を除去することは、放射線源から情報担体までの光処理能力が低下することを意味する。光処理能力は、情報担体での放射線ビームの出力と、放射線源によって生成される放射線ビームの出力の間の比である。ここで、情報担体への記録および情報担体からの読み出しに、ある強度の放射線ビームが必要な場合、これは、所望のビーム強度を得るためには、放射線源の出力を増大させる必要があることを意味する。
【００１０】
これは、例えば、レーザーダイオードのような放射線源の寿命を低下させ、あるいは最大記録速度を制限するため、問題である。またこれにより、電力消費が増大するが、これは、特に携帯用装置において問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、リム強度を増大させる手段を有する光学装置を提供することであり、これにより光学装置の光処理能力が比較的大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題のため、本発明では、放射線ビームを生成する放射線源と、光路に沿って、情報担体に前記放射線ビームを集束させる手段と、を有する光学装置であって、前記放射線ビームは、中心軸と外側包囲とを有し、前記放射線ビームは、強度分布を有し、さらに、当該光学装置は、前記光路に、前記外側包囲近傍の強度と前記中心軸近傍の強度の間の比を増大させるように設計された光学部品を有し、少なくとも前記中心軸近傍の前記放射線ビームが回折される、光学装置が提案される。
【００１３】
本発明では、放射線ビームの中心軸近傍の強度が低下する。実際に、中心軸近傍の放射線ビームが回折された場合、放射線ビームの中心軸近傍の一部のみが、情報担体の方に透過される。また、放射線ビームの外側包囲近傍の強度も低下する可能性があるが、光学部品は、外側包囲近傍の強度と中心軸近傍の強度の間の比が増大するように設計されている。その結果、リム強度が増大する。さらに、放射線ビームの遠視野は、除去されず、これは、少なくとも従来のようなコリメータの開口数が低い光学装置に比べて、光処理能力が比較的高いまま維持されることを意味する。
【００１４】
有意な実施例では、前記放射線ビームは、前記中心軸に対して垂直な、少なくとも第1および第2の方向を有し、前記放射線ビームは、前記第1の方向において第1の平均強度を有する第1の強度分布と、前記第2の方向において第2の平均強度を有する第2の強度分布と、を有し、前記第2の平均強度は、前記第1の平均強度よりも大きく、前記光学部品は、前記第1の方向に比べて、前記第2の方向に、より強く前記放射線ビームを回折させるように設計されている。
【００１５】
通常、光学装置に使用される放射線源は、1よりも大きなビーム発散アスペクト比を有する。この場合、楕円形のスポットが得られ、このスポットは、データの記録および読み出しに影響を及ぼす。従来の光学装置では、これは、レーザーの楕円形遠視野をより円形に近い遠視野に変換する、ビーム成形器によって補償される。しかしながら、そのようなビーム成形器は、コリメータレンズおよび対物レンズに対して、注意深く位置を合わせる必要があり、光学装置の組み立て処理工程が複雑化してしまう。この有意な実施例では、光学部品が、放射線源のビーム発散アスペクト比を補償するように設計されているため、ビーム成形器は不要である。その結果、光学装置をより薄くしたり、光学装置の組み立て処理工程をより簡単にすることができる。
【００１６】
光学部品は、位相深さが放射線ビームの中心軸から外側包囲に向かって減少する位相構造を有することが好ましい。そのような位相構造は、強度が中心軸から外側包囲に向かって減少する放射線ビームのリム強度を増大させることに極めて適している。位相構造の位相深さの分布は、放射線ビームの強度分布と整合するように、すなわちこの場合、リム強度を1に近づけるように調整される。そのような位相構造は、予め光路に置かれた光学部品内に、容易に成形または複製することが可能である。
【００１７】
光学部品は、ジューティサイクルが放射線ビームの中心軸から外側包囲に向かって減少する位相構造を有することが好ましい。そのような位相構造は、強度が中心軸から外側包囲に向かって減少する放射線ビームのリム強度を増大させることに極めて適している。また、前記位相構造の位相深さは、一定であるため、位相構造は、放射線ビームに波面収差を生じさせない。
【００１８】
光学部品は、回折プロファイルが光学装置の作動モードに応じて変化する位相構造を有することが好ましい。これは、記録時と読み出し時とでは、放射線ビームの必要な強度と必要なリム強度が異なるため、特に有意である。実際には、読み出しの際には、比較的低い放射線ビーム強度と、比較的高いリム強度とが必要となる。記録の際には、より高い放射線ビーム強度が必要となるが、リム強度は、低いものを使用しても良い。光学装置が記録モードから読み出しモードに切り替わった際に、位相構造の回折プロファイルを変化させることができるため、必要なリム強度と放射線ビーム強度に配慮することが可能となる。
【００１９】
光学部品は、周期的な位相構造を有することが好ましい。この場合、位相構造は、3次の回折を形成する。その結果、一つの主要スポットと、2つの衛星スポットとが形成される。これらの3つのスポットは、いわゆる「3スポットプッシュプルトラッキング」法に使用することができる。このように、リム強度を高めるために放射線ビームから除去された光を使用して、3スポットプッシュプルトラッキング法に使用される2つの衛星スポットが形成される。その結果、そのような光走査装置において、光の損失が生じなくなり、これは、光処理能力が比較的高くなることを意味する。
【００２０】
また本発明は、放射線ビームを生成する放射線源と、光路に沿って情報担体に前記放射線ビームを集束させる手段とを有する光学装置を用いて、前記情報担体に記録を行い、前記情報担体から読み出しを行う方法であって、前記放射線ビームは、中心軸と、外側包囲とを有し、前記放射線ビームは、強度分布を有し、当該方法は、記録の際に、前記光路に、前記外側包囲近傍の強度と前記中心軸近傍の強度の間の比を増大させるように設計された、光学部品を提供するステップであって、前記中心軸近傍の前記ビームの第1の割合が回折されるステップと、読み出しの際に、前記光学部品の回折プロファイルを変化させ、前記光学部品によって、前記中心軸近傍の前記ビーム強度の第2の割合が回折されるステップであって、前記第2の割合は、前記第1の割合よりも大きい、ステップと、を有する方法に関する。
【００２１】
また本発明は、可変の位相深さを有する位相構造を有する光学部品、および可変のジューティサイクルを有する位相構造を有する光学部品に関する。前記部品の位相構造は、周期的であることが好ましい。
【００２２】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に示す実施例を参照することにより明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、一例としての添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
本発明による光学装置は、図1に示されている。そのような光学装置は、放射線ビーム102を生成する放射線源101と、コリメータレンズ103と、光学部品104と、ビーム分割器105と、対物レンズ106と、サーボレンズ107と、検出手段108と、測定手段109と、制御器110とを有する。この光学装置は、情報担体100を走査するように設計されている。
【００２５】
記録動作または読み出し動作のような走査動作時には、放射線源101によって生成される放射線ビーム102によって、情報担体100が走査される。コリメータレンズ103および対物レンズ106は、放射線ビーム102を情報担体100の情報層上に集束させる。コリメータレンズ103と対物レンズ106は、集束手段である。走査動作時には、情報層上の放射線ビーム102の配置位置の誤差に対応する、集束エラー信号が検出される。この集束エラー信号は、対物レンズ106の軸位置を補正するために使用され、放射線ビーム102の集束誤差が補正される。信号は、制御器110に送られ、この制御器によって作動装置が駆動され、対物レンズ106が軸方向に移動する。
【００２６】
集束エラー信号と、情報層に記録されたデータは、検出手段108によって検出される。情報担体100によって反射された放射線ビーム102は、対物レンズ106によって平行ビームに変換され、その後、ビーム分割器105によってサーボレンズ107に到達する。その後、この反射ビームは、検出手段108に到達する。
【００２７】
光学部品104は、ある割合の放射線ビーム102の強度のみを対物レンズ106の方に透過するように設計されている。このため、光学部品104は、放射線ビーム102の少なくとも一部が回折するように設計されている。本発明では、光学部品104は、放射線ビーム102の外側包囲近傍に位置する放射線ビーム102の強度が比較的低い部分を少い割合で、また放射線ビーム102の中心軸近傍に位置する放射線ビーム102の強度が比較的高い部分を高い割合で回折する。光走査装置は、回折光が情報担体100上のスポット形成には寄与せず、反射後に、これが検出手段108には到達しないように設計されている。
【００２８】
その結果、対物レンズ106の前段での放射線ビーム102のリム強度が増大する。そのような増大は、放射線ビーム102の遠視野を除去せずに、得ることができる。対物レンズ106の前段での放射線ビーム102の強度が、仮に低下している場合でも、特に、高いリム強度を得る際に放射線ビームの遠視野がより多く除去される従来技術に比べて、リム強度は、あまり低下しない。その結果、本発明により、所与の程度のリム強度および高い光処理能力が得られる。これにより、放射線源101を低電力で作動することが可能となり、光学装置の電力消費が抑制され、放射線源101の寿命が向上し、または記録速度が増大する。
【００２９】
光学部品104は、放射線ビーム102の光路に設置され、この光路は、放射線源101から情報担体100までの放射線ビーム102の進行路に対応する。この例では、光学部品104は、コリメータレンズ103とビーム分割器105の間に設置されているが、光学部品は、光路の別の位置に設置しても良い。特に、外側包囲近傍の強度と中心軸近傍の強度の比を高くして、少なくとも中心軸近傍の放射線ビームが回折されるように設計された光学部品104は、コリメータレンズ103のような光走査装置に、既に設置されている光学部品であっても良い。この場合、位相構造は、前記コリメータレンズ103上に設置され、この位相構造は、少なくとも中心軸近傍の放射線ビームを回折するように設計される。そのような位相構造の一例は、以降の図に示されている。
【００３０】
図2には、光学部品104の例を示す。この例では、光学部品104は、放射線ビーム102の中心軸の近傍に設置された位相構造を有する。放射線ビーム102の前記位相構造を通過する部分は、回折されるのに対して、放射線ビームの前記位相構造を通過しない部分は、光学部品104によって完全に透過される。図2には、光学部品104よりも前段、および光学部品104を過ぎた後の、放射線ビーム102の強度分布を示す。位相構造のため、放射線ビーム102の中心軸近傍の強度が低下するのに対して、外側包囲近傍の強度は、未変化のままである。その結果、リム強度が増大する。
【００３１】
図2の例では、位相構造は周期的である。その結果、放射線ビーム102の中心軸近傍に位置する放射線ビーム102の部分は、3次回折で回折される。図2には、0次のものが示されている。2次の回折は、2つのスポットを形成し、これらのスポットは、結果的に情報担体100上に集束される。光学部品104によって生成した、これらの2つの追加スポットは、従来の3スポットプッシュプルトラッキング法を用いたトラッキングに使用することができる。その結果、リム強度向上のため放射線ビーム102から除去された光が、トラッキングに使用されることになり、これは、光走査装置において、光の損失が生じないこと、すなわち光処理能力が増大することを意味する。
【００３２】
図3a乃至3dには、図2に断面図を示した光学部品104の上面図を示す。図3aの例では、光学部品104は、光を1次回折のみで回折させる従来の回折格子を有する。そのような光学部品は、図3aに示すトラックと垂直な、一つの好適な方向に対して変化する強度分布を有する放射線ビームに極めて適している。
【００３３】
図3bの例では、光学部品104は、光を2次元に回折する円形回折格子を有する。そのような光学部品は、環状の分布強度を有する放射線ビームに極めて適している。
【００３４】
図3cの例では、光学部品104は、光を2次元に回折する楕円形の回折格子を有する。そのような光学部品は、楕円形の分布強度を有する放射線ビームに極めて適している。そのような放射線ビームは、中心軸に垂直な第1および第2の方向を有し、さらに第1の方向に第1の平均強度を有する第1の強度分布と、第2の方向に第2の平均強度を有する第2の強度分布と、を有し、前記第2の平均強度は、第1の平均強度よりも大きい。そのような楕円形回折格子を有する光学部品104は、放射線ビームが第1の方向よりも第2の方向により強く回折するように設計される。
【００３５】
図3dの例では、光学部品104は、光を2次元に回折する市松模様状の位相構造の回折格子を有する。
【００３６】
図4aは、本発明の有意な実施例における光学部品の断面である。そのような光学部品は、位相深さδ(x)を有する位相構造を有し、この位相深さは、光路に光学部品が設置された場合、放射線ビームの中心軸から外側包囲に向かって減少する。d(x)が位相構造の機械的な深さである場合、位相深さδ(x)は、次のように定義される：
【００３７】
【数１】
2007520846.tif 000003
ここでnは、光学部品の屈折率であり、λは、放射線ビーム102の波長である。また、光学部品の透過率T(x)は、次のように定められる：
【００３８】
【数２】
2007520846.tif 000004
その結果、光学部品が光路に設置された場合、光学部品は、放射線ビームの中心軸から外側包囲に向かって増大する透過率T(x)を有する。位相深さδ(x)が、放射線ビームの強度分布と同様の傾向で変化する場合、リム強度は、1に近くなる。
【００３９】
図4aの例では、位相構造は、「x」で示してある軸に対して対称である。この場合、この光学部品は、この光学部品は、放射線ビームにいかなる波面収差も生じさせない。
【００４０】
図4bには、本発明の好適実施例における光学部品の断面図を示す。そのような光学部品は、光学部品が光路に設置された際に、ジューティサイクルが放射線ビームの中心軸から外側包囲に向かって短くなる位相構造を有する。ジューティサイクルは、D(x)／Pで定義され、ここでPは、位相構造の周期であり、D(x)は、図4bに示す量である。図4bの光学部品の透過率は、以下の式で表される：
【００４１】
【数３】
2007520846.tif 000005
ここでδは、前述の位相深さであり、この好適実施例による光学部品では、δは一定である。ジューティサイクルは、放射線ビームの中心軸から外側包囲に向かって減少するため、光学部品の透過率は、増大する。図4bの光学部品は、回折ビームと非回折ビームに波面収差を生じさせないため、特に有意である。実際のところ、位相構造の位相深さδは一定である。図4bの光学部品の位相構造は、周期的であり、これは、この光学部品を使用して、3スポットプッシュプルトラッキング法において使用される、2つの衛星スポットを形成することができることを意味する。
【００４２】
図5には、切り替え可能な回折プロファイルを有する光学部品を示す。図5の光学部品は、図4bのものと似ているが、位相構造は、液晶分子を含む液晶材料を有する。この例では、光学部品の屈折率は、液晶材料の常光屈折率noと等しくなるように選定される。図5には示されていない電極間に、適当な電位差が印加された際に、液晶分子は、回転することができる。液晶分子が、図1の放射線ビーム102の偏光に対して垂直に配向されると、液晶分子の実効屈折率は、noとなる。その結果、光学部品は、中性素子となり、これは、前記光学素子によって、放射線ビームが回折されないことを意味する。液晶分子が、図1の放射線ビーム102の偏光と平行に配向されると、液晶分子の実効屈折率は、液晶材料の異常光屈折率neとなる。その結果、光学部品は、図4bに示すような回折格子となる。
【００４３】
その結果、図5の光学部品を、その光学部品が第1の回折プロファイルを有する第1のモードと、その光学部品が第2の回折プロファイルを有する第2のモード間で切り替えることが可能となる。光学装置の作動モード、すなわち記録または読み出しに応じて、光学部品のモードは、前記光学部品の電極に電圧を印加することによって切り替えられる。記録の際には、液晶分子は、放射線ビーム102の偏光に対して垂直に配向される。そのため、放射線ビームは、回折されず、リム強度は、比較的低く維持される。読み出しの際には、液晶分子は、放射線ビーム102の偏光に対して平行に配向される。このため、放射線ビームは、図4bに示すように回折され、リム強度が増大する。
【００４４】
図5の光学部品は、切り替え可能な回折プロファイルを有する光学部品の単なる一例に過ぎないことに留意する必要がある。例えば、光学部品は、図4aの光学部品をベースとして、これに液晶分子を加えても良い。
【００４５】
特許請求の範囲のいかなる参照符号も、請求項を限定するものと解してはならない。「有する」という動詞およびその変化形が、請求項のそれらの素子の他の、いかなる他の素子の存在をも否定するものではないことは明らかである。素子の前の「一つの」という言葉は、そのような素子が複数存在することを否定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による光学装置を示す図である。
【図２】図1の光学部品の断面図である。
【図３ａ】図1の光学部品の上面図である。
【図３ｂ】図1の光学部品の上面図である。
【図３ｃ】図1の光学部品の上面図である。
【図３ｄ】図1の光学部品の上面図である。
【図４ａ】本発明の有意な実施例における光学部品の断面図である。
【図４ｂ】本発明の好適実施例における光学部品の断面図である。
【図５】切り替え可能な回折プロファイルを有する光学部品の断面図である。
【図１】
2007520846.tif 000006
【図２】
2007520846.tif 000007
【図３ａ】
2007520846.tif 000008
【図３ｂ】
2007520846.tif 000009
【図３ｃ】
2007520846.tif 000010
【図３ｄ】
2007520846.tif 000011
【図４ａ】
2007520846.tif 000012
【図４ｂ】
2007520846.tif 000013
【図５】
2007520846.tif 000014
【国際調査報告】
2007520846.tif 000015
2007520846.tif 000016