(57)【要約】本発明の装置は、光担体を照射するための光源と、光担体から反射される光を分析するための光検出器と、光担体に光をフォーカシングするための対物レンズと、対物レンズの近傍に位置するグレーティング装置とを有する。主な光学要素は、このような配置が光学ヘッド、ＤＶＤリーダ及びレコーダのトラッキング能力を改善するように共に固定されている。
2006527450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ヘッドを有する光記憶担体を読み出す及びその光記憶担体から書き込むための装置であって：
−  前記光記憶担体を照射するための光源；
−  前記光記憶担体から反射される光を分析するための光検出器；
−  前記光記憶担体に前記光をフォーカシングするための対物レンズ；及び
−  前記対物レンズの近傍に位置するグレーティング装置；
を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記光検出器は前記光学記憶単体から発せられたビームを分析するための領域に置かれたセグメントにより構成され、前記グレーティングは前記ビームを２つの実質的に等しい半分のビームに分割するようになっており、それらの２つの実質的に等しい半分のビームは、前記領域の異なるセグメントにより２つの実質的に等しい半分のビームの各々が捕捉されるようにダークバンドにより分離される検出器面に達する、ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって、特に、λ／４板を有する光ヘッドを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れ一項に記載の装置であって、グレーティング装置は、ブレーズの上部に置かれ、そして複屈折材料であって、例えば、液晶高分子により構成されている層を有するブレーズ状である、ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れ一項に記載の装置であって、前記グレーティング装置及び前記λ／４板は、それらが対象物と共に動くようにアクチュエータに取り付けられている光学ヘッドを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の光記憶担体を読み出す及びその光記憶担体から書き込むために適切であることを特徴とする光学ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の近傍に位置付けられた光記憶担体、即ち、グレーティング装置に書き込む／その装置から読み出すための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置について、欧州特許第０４０５４４４号明細書に記載されている。
【０００３】
この種類の既知の装置は、特に、Ｒ／ＲＷ装置において、特に、光学装置の半径方向トラッキングにおいて問題点を有する。プッシュプル（ＰＰ）信号と呼ばれる信号はこの半径方向トラッキングに対して用いられている。その信号は、異なる光学構成要素のミスアライメント（静止ビームランディング）及びディスクの偏心（動的ビームランディング）のために対物レンズの半径方向の変位によりもたらされる検出器におけるスポットの変位に対して好感度であることに留意されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ヘッドのトラッキングの実行を改善するための手段が備えられている上記の装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従った光ヘッドを有する光記憶担体から読み出す及びその光担体に書き込むための装置は：
−  光担体に照射するための光源；
−  光担体から反射された光を分析するための光検出器；
−  光担体に光をフォーカシングするための対物レンズ；及び
−  前記対物レンズの近傍に位置付けられたグレーティング装置；
を有する。
【０００６】
グレーティング、対物レンズ及び他の光学材料が共に柔軟的に組み立てられるとき、トラッキングする能力が実質的に改善される。
【０００７】
本発明の上記の及び他の特徴については、以下、詳述される実施形態を参照して、非制限的な実施例として説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、データ担体１が位置付けられている装置を示している。このデータ担体は光ディスクであることが可能である。図１においては、その光担体は断面として示されている。ディスクモータ３は光担体を回転させる。この光担体において、光学ヘッド１３に組み込まれているレンズ１２はレーザ光ビーム１４をフォーカシングする。この光学ヘッド１３は、スレッジモータ１７において作用する電気回路（図示せず）の制御下で光担体の変形方向に沿って移動することができるスレッジ１６に備えられているアクチュエータ１５に備えられている。参照される半径方向位置決め２０及び参照される焦点位置決め２２のためのアクチュエータ装置を有する。矢印２６は焦点位置決めの方向を表し、矢印２８は半径方向位置決めの方向を表している。アクチュエータは、コイル、磁石戻しバネ等のような電気技術的要素により構成されている。スレッジは又、信号を供給する光検出器を有する。それらの信号は、例えば、一方で、スクリーン４０にピクチャを表示するために、他方で、種々のサーボを制御するために用いられる。スプリッタ装置４２は、関連装置にそれらの信号を方向付ける。とりわけ、信号ＴＲｆはフォーカシング装置４５によりフォーカシングされるために用いられ、他の信号ＴＲｒは半径方向案内装置５０により半径方向位置決めするために用いられる。
【０００９】
図２は、本発明に従って実現される光学ヘッド１３を示している。その光学ヘッドはダイオードレーザ５０を有する。コリメータレンズ５５は、種々の要素によりレーザディスク１に、立方体形状を有する偏光ビームスプリッタ５８によりダイオードレーザ５０から出射されるレーザを透過する。レンズ１２はディスク１にビームをフォーカシングし、そのビームはλ／４波長板（λ／４板）６０を先ず通過したものである。本発明の重要な特徴に従って、複屈折グレーティング要素６２はレンズ１２の近傍に備えられている。
【００１０】
図３は、同じ光学ヘッド１３を示している。図３は、ディスクにより反射される光ビームの経路をより詳細に示している。このような反射光は、レンズ６８により、偏光ビームスプリッタ５８の方に及び偏光ビームスプリッタ５８から検出器装置６５の方に方向付けられる。この検出器装置は、好的には、平らである領域に位置付けられたセグメントにより構成される。図３に示すように、反射ビームは、グレーティング６２の存在のためにレンズ６８の出力に現れる２つの等しい半分のビームＨ１及びＨ２に分離される。本発明の重要な特徴に従って、検出装置６５において考慮される信号のレベルは、図３における参照符号がＳである形を有する。検出信号のレベルＬＶ１は半径方向のトラッキングエラーΔに依存する。
【００１１】
図４は、グレーティング要素６２の構造を示している。グレーティング要素は、ラインＭに沿って隣り合っている２つの部分Ｐ１及びＰ２により構成される。それらの断面図を図５に示す。ＲＢは、図４において戻りビームの軌道を参照する。示している断面は、図４における破線Ｘ１及びＸ２に沿ったものである。２つの部分Ｐ１及びＰ２は、図５に示すように、互いに反対の位置に、非対称であるように位置付けられている。それらの２つの部分Ｐ１及びＰ２は、複屈折層７２が設けられている等方性基板７０上に備えられている。グレーティングはピッチｐ及び幅ｈを有するパターンを有する。
【００１２】
本発明は以下の考慮に基づいている。
【００１３】
ビームランディングの問題は、通常、電力消費及び他のエラーの犠牲を払って、１スポットプッシュプル（３ＳＰＰ）法により解決される。
【００１４】
本発明は、１つの偏光を有する通過光に影響しない、そしてビームを直交偏光に対して等しい２つのビームに分離する、複屈折グレーティング６２に基づいている。これは、偏光が光経路において変化する方式のためにディスクドライブにおいて用いられる。ディスクに向かって進行中は、偏光は線形偏光であり、次いで、λ／４波長（λ／４）板により円偏光をなす。ディスクにおける反射の際、円偏光のｈａｎｄｅｄｎｅｓｓが変化する。その偏光は、光が戻り経路において（λ／４）板を通過するときに再び線形になるが、その線形偏光のオリエンテーションはオリジナルのオリエンテーションに対して直交している。偏光グレーティングがビームスプリッタと（λ／４）板との間に置かれる場合、それはディスクへの進行中のビームに影響しないが、ディスクから検出器までの進行中のビームを変化させる。
【００１５】
グレーティングは戻りビームを２つの等しい半分のビームに分離する。ディスクにおけるトラックに平行なラインはそれらの２つの半分のビームを分割する。左側の半径方向の半分のビームは、α＝λ／ｐの接線方向における角度ずれの状態になり、ここで、ｐはグレーティングのピッチであり、λは光の波長である一方、右側の半径方向の半分のビームは−αの接線方向において角度ずれの状態になる。
【００１６】
図６は非点収差サーボレンズにおけるビームを示し、図７は検出器面におけるビームを示している。サーボレンズにおいて、２つの等しい半分のビームは、距離、約Ｌα（ここで、Ｌはグレーティング要素とサーボレンズとの間の距離である）に亘って接線方向に移動され、画角、約αを有する。画角は、接線方向において距離、約ｂ＝約ｆαに亘って検出器の移動をもたらし、ここで、ｆは（非点収差）サーボレンズの（平均）焦点距離である。この距離は又、次式のように表され、
ｂ＝ｆα＝（ａ／ｐ）ｘ（λ／ＮＡＳ）
ここで、“ａ”は瞳半径であり、ＮＡＳは検出器側の開口数である。サーボレンズにおけるビームの変位Ｌａは、スポット半径の−Ｌα／ａ倍に等しい反対方向の変位をもたらすこととなる。スポット半径は約２Ａ２−２／ＮＡＳであり、次式のような更なる変位を与える。
【００１７】
（Ｌα／ａ）ｘ（２Ａ２−２／ＮＡＳ）＝（２Ａ２−２／λ）ｘ（λＬ／ａ２）ｘ（ａ／ｐ）ｘ（λ／ＮＡＳ）
２Ａ２−２＝３．０λ及びフレネル数ａ２／λＬ≒（１．７５ｍｍ２／（０．６５５μｍｘ２０ｍｍ）２３６を用いると、その更なる変位は、サーボレンズのフィールドを使用することによる変位の数パーセントに過ぎない。この寄与は、それ故、無視して差し支えない。検出器における濃いストライプの幅は、それ故、２ｂである。それらの２つの半径方向の半分のビームは、４５度における非点収差のために９０度に亘って検出器において回転される。このことは、半径方向の情報は検出器面の接線方向に沿っていることを意味する。２つの半分のビームの接線方向の分離は、それ故、検出器がプッシュプル信号に影響を及ぼすことなく約ｂに亘ってビームに対して変位されることができることを意味する。これは静止ビームランディングの問題を解決する。
【００１８】
対物レンズの変位に関する動的ビームランディングは又、グレーティング及びλ／４板がアクチュエータに取り付けられている場合に解決されることができる。それ故、それらの構成要素は、対物レンズと共に動く。その結果、戻り経路のビームは、尚も等しい２つの半径方向の半分のビームに分割される。サーボシステムの機械的帯域幅を減少させる光学ヘッドの質量は増加するが、増加した質量は低速駆動に対する不利点ではない。
【００１９】
グレーティング要求
要望の効果を有するグレーティング構造はブレーズ状構造、即ち、左側の半分のビームから右側の半分のビームに反転するブレーズの‘印’を有する。ブレーズの上部における層は複屈折材料、例えば、液晶高分子である。単一の対称軸は、ディスクから検出器に進行中に線形偏光に対して、平行変更か又は直交偏光のどちらかである。ここでは平行偏光であることを前提とする。その場合、ディスクへの進行中においては、偏光材料の屈折率は通常の屈折率に等しく、ディスクから検出器への進行中においては、特別の屈折率ｎｅに等しい。ブレーズド基板の屈折率はｎであり、グレーティングがディスクの方へのビームに影響しないように、次式のように、通常の屈折率に適合される必要がある。
【００２０】
ｎ＝ｎ０
特別な屈折率及びブレーズ高さｈは、全ての光が１次回折されるように、調節される必要がある。このことは次式を意味し、
ｈ（ｎｅ−ｎ）＝λ
ここで、“λ”は光の波長である。典型的な通常の値ｎ＝ｎ０＝１．５及びｎｅ＝１．６並びに波長λ＝０．６６５ｐｍを用いると、ブレーズ高さは６．５５μｍである。
【００２１】
例えば、種々の温度及び波長のために、複屈折材料の屈折率のミスマッチはできるだけ低減される必要がある。通常の屈折率が十分に適合されていない場合、一部の光は高次回折することとなる。
【００２２】
パワー効率は次式のようになり、
ηｓｔｒａｙ＝ｓｉｎｃ２［πｘ（ｈ（ｎ０−ｎ）／λ]≒１−（１／３）［πｘ（ｈ（ｎ０−ｎ）／λ]２
ここで、ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（ｘ）／ｘである。典型的な通常の値ｎ＝ｎ０＝１．５及びｎｅ＝１．６を用いると、パワー損失を２％以下に保つように、ミスマッチは８ｘ１０−３以下である必要がある。これは厳しい要求である。
【００２３】
ディスクへの進行中に屈折率のミスマッチが存在する場合、パワー損失の問題に加えて、ディスクにおいて衛星スポットが存在する。このことは、それらの衛星スポットが互いに干渉しないように、衛星スポットが主０次スポットから十分に遠く離れている場合には、問題にはならない。ディスクにおける回折次数間の距離は次式のようになり、
ｆ０α＝［ｆαＮＡＳ／ＮＡ］≒（ａ／ｐ）ｘ（λ／ＮＡ）
それ故、λ／ＮＡより非常に大きい必要がある。その結果、ピッチｐは瞳半径ａより非常に小さい、即ち、約１０周期は瞳周縁において適合される必要がある。ディスクから検出器に進行中、ミスマッチは、一部の光が０次回折するようにする。この迷光のパワーの割合は次式のようになる。
【００２４】
ηｓｔｒａｙ＝ｓｉｎｃ２［πｘ（ｈ（ｎ０−ｎ）／λ]≒［（πｘ（ｈ（ｎ０−ｎ）／λ）−１]２
このビームの割合はビームランディングを受け、増大が所望されるビームランディングのマージンを低減させる。この割合が５％以下に低減するように要求される場合、特別な屈折率のミスマッチは２ｘ１０−２以下である必要がある。
【００２５】
グレーティングのピッチは検出器におけるビームランディングのマージンを決定する。グレーティングを伴わないスポットの直径は、波長λ＝０．６５５μｍ、非点収差Ａ２−２＝３．０λ及びサーボ開口数６６μｍとしてのＮＡＳ＝０．１２から求められる。最小比ａ／ｐ＝１０である場合、このスポットは２つに分割され、濃い帯域は２ｂ＝１１０μｍの広さである。瞳半径が１．７５ｍｍである場合、検出器焦点距離ｆは１５ｍｍになり、画角ａ＝３．７ｘ１０−３＝０．２１°となる。これは、サーボレンズのフィールドを使用することによりもたらされる収差のための不所望のスポットの歪みを回避するに十分に小さい。
【００２６】
スポット計算
検出器のスポットへの複屈折グレーティングの効果を回折理論によりモデル化することができる。図８は、検出器におけるスポット（非点収差値Ａ２−２＝３λに対してλ／ＮＡＳＪを単位にして）とＤＶＤ＋ＲＷパラメータ（λ＝０．６５５ｐｍ、ＮＡ＝０．６５、トラックピッチ０．７４ｐｍ、０次と１次との間の位相差π／２、トラックにおける半径方向の位置）とを示している。グレーティングのためのスポットの中央のダークバンドを図９に示している。両方の場合についてのビームランディングの関数としてのＰＰ法に従ったトラッキングエラー信号（ＴＥＳ）を図１０に示している。明らかに、ビームランディングは、もはや複屈折グレーティングを有する光経路においては問題点ではない。
【００２７】
曲線ＮＧＲはグレーティングを用いない場合に得られ、曲線ＧＲはグレーティング装置を用いる場合に得られる。ＤＩＳＰは瞳半径に対するビーム変位である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に従った装置を示す図である。
【図２】光源から光記憶担体への光経路を表す光学ヘッドを示す図である。
【図３】図１の装置に対して適切である光学ヘッドの構造であって、光記憶担体から反射された光についての光経路が示されている、構造を示す図である。
【図４】本発明に従ったグレーティング要素の構造を示す図である。
【図５】本発明に従ったグレーティングの構造を示す図である。
【図６】非点収差レンズにおけるビームを示す図である。
【図７】検出器のレベルにおけるビームを示す図である。
【図８】グレーティング要素を有しない検出器におけるスポットを示す図である。
【図９】グレーティング要素を有する所定のパラメータに対する検出器におけるスポットを示す図である。
【図１０】トラッキングエラーの点で本発明により提供される改善を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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