(57)【要約】本発明は、光学記録媒体（１）から読み出し及び／又は該媒体へ書き込む装置であって、第１の波長（λ１）で第１の走査ビーム（ＡＳ１）を発生する第１のレーザダイオード（ＬＤ１）を有し、第２の波長（λ２）で第２の走査ビーム（ＡＳ２）を発生する第２のレーザダイオード（ＬＤ２）を有する。走査ビーム（ＡＳ１、ＡＳ２）は、共通の光軸（９）に沿って伸長し、記録媒体（１）の情報層（６）を走査し、及び、情報信号（ＩＳ）を発生するために単一の光検出器（８）に当たる。ビーム組合せ素子は、光軸（９）上の１点に配列されている。本発明によれば、ビーム組合せ素子は、回折格子（１２）である。【選択図】図８
2004501479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学記録媒体（１）から読み出し及び／又は該媒体へ書き込む装置であって、第１の波長（λ１）で第１の走査ビーム（ＡＳ１）を出力する第１のレーザダイオード（ＬＤ１）を有し、第２の波長（λ２）で第２の走査ビーム（ＡＳ２）を出力する第２のレーザダイオード（ＬＤ２）を有し、前記走査ビーム（ＡＳ１、ＡＳ２）は、共通の光軸（９）に沿って通り、前記記録媒体（１）上の情報層（６）を走査し、及び、情報信号（ＩＳ）を出力するために単一の光検出器（８）上に落とし、ビーム組合せ素子が、前記光軸（９）上の１点に配列されている前記装置において、
前記ビーム組合せ素子は、両方の波長（λ１、λ２）に対する０次回折より高くなるように最適化された回折格子（１２）であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記回折格子（１２）は、ブレーズ形状又はこれと同じ形状を有する格子線（１３）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ステップ形状（ｈ１、ｈ２、ｈ３）を有する前記格子線（１３）を備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記回折格子（１２）は、曲がった格子線（１３）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
１つの格子線（１３’）は直線であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記回折格子（１２）は、両方の波長（λ１、λ２）の１次回折に対して最適化されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のレーザダイオード（ＬＤ１）及び前記第２のレーザダイオード（ＬＤ２）は、前記光軸（９）に対して傾けて配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記回折格子（１２）は、前記光軸（９）に対して傾けて配列されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
サイドスポットが前記光学記録媒体（１）上の情報トラックに対して直角に向けられるように、前記回折格子（１２）が向けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のレーザダイオード（ＬＤ１）、前記第２のレーザダイオード（ＬＤ２）及び前記回折格子（１２）は、１つのモジュール（１４）に集積されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記回折格子（１２）は、前記記録媒体（１）から来るビームパスにおいて前記光検出器（８）の上流に配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記回折格子（１２）及び前記光検出器（８）は、１つのモジュール（１４’）に集積されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
更なる回折格子（１５）、特にロンキー格子は、前記ビームパスに配列されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学記録媒体（１）上に情報を記録するために、両方のレーザダイオード（ＬＤ１、ＬＤ２）が同時に操作されるのに対し、各読み出し操作の場合、前記レーザダイオード（ＬＤ１、ＬＤ２）の一方だけが操作されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置内で特に用いる回折格子（１２）の製造方法において、
前記格子構造及び前記格子線形状（ｈ１、ｈ２、ｈ３）が規定され、前記対応する高さ形状は、等しい高さの表面に細分され、該等しい高さの表面は、リソグラフィ及びエッチング処理を用いてブランクに移動されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学記録媒体から読み出し及び／又は該媒体へ書き込む装置に関する。その装置は異なる波長の走査ビームを用い、その走査ビームは、共通の光軸に沿って通り、記録媒体を走査し、単一の光検出器によって検出される。特に、その装置は、光学再書込可能ディスクを再生し且つ記録する光学スキャナを有する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）及びコンパクトディスク（ＣＤ）に対して再生及び書き込みの両方ができる光学スキャナは、２つの異なるレーザ波長を必要とする。このために、ＣＤ互換のＤＶＤプレーヤ及びレコーダは、２つの異なるレーザダイオードを備えている。この別々の構造は、更に必要とされる光学部品によって、結果としてコストの増加につながる。最近、必要な部品数を減らす１つの提案として、いわゆるツインレーザダイオードが入手可能となっている。これらは、異なる波長の２つのレーザダイオードを構成し、共通のレーザハウジング内に横方向に離れて搭載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
２つの光源の横方向分離は、結果として、スキャナの光学システムを通過した発光放射が、光ディスクの情報担持層に２つの相互に離れた光スポットで影像されるようになる。これは、２つの横方向分離の焦点が、ディスクから反射された光を影像する検出器のプレ−ンに交替で生成されることを意味する。従って、両方の波長に対して共通検出器を所望どおりに使用することは、不可能である。
【０００４】
ＵＳ−Ａ−６，０４３，９１１は、２つの波長の走査ビームを用いる装置を開示しており、それらビームは、共通の光軸に沿って伝搬するためにビーム組合せ素子を用いて組合せられる。この公知の装置は、プリズム及びホログラムの組合せからなるビーム組合せ素子が、生産するのに高価であるという欠点を有する。更に、ホログラムは、異なる波長を出力する光源の異なる特性に対して最適に整合せず、これはある程度の厳しい外乱の影響を導出する。
【０００５】
本発明の１つの目的は、改善された装置を提案することである。この目的は、請求項に記載された手段によって達成される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ビーム組合せ素子が、この場合、回折格子である。これは、その特性が、計算され、特にレーザダイオードである光源の特徴に対して最適に整合されるという効果を有する。回折格子の特性は、この場合、以下の文章に記載された計算方法の１つを用いて計算されるのが好ましい。情報層は、記録媒体上の情報担持層であり、例えば、ＣＤ、ＤＶＤのような光ディスクであってもよいし、又は、読み出し専用、書き込み専用、若しくは読み出し及び書き込みの両方ができる他の光学記録媒体であってもよい。
【０００７】
回折格子は、ブレーズ形状、又はブレーズ形状と同じ形状を有する格子線を有することも好ましい。ブレーズ形状の場合、格子線は直角交差部分を有さないが、本質的に交差部分を斜めに通る。従って、その形状は、例えば、のこぎり歯形状である。ブレーズ形状を用いる１つの効果は、回折効果が最適に用いられ、できる限り強度が大きくなるように、各光源から組合せビームパスに結合されることである。従って、これは、結果として、できる限り最小の光損失となる。
【０００８】
本発明によれば、格子線は、ステップ形状を備える。このブレーズのような形状は、小さい力で発生され得るが、それにも関わらず、きれいなブレーズ形状と実質的にほとんど同じとなる特性を有するという効果がある。
【０００９】
回折格子の格子線は、容易に出力できるという効果のために、直線且つ平行であるのが好ましい。多くの場合、特に回折格子が平行ビームで配列されているならば、これは十分に良い品質を提供する。回折格子が、発散又は収束ビームで配列されているならば、格子線は、それらが曲がるように設計されるのが好ましい。従って、格子線の間の距離が位置の機能として異なるために、位置の機能として異なる回折要因が、非平行ビームにおいて満足され、収差が補正されるという効果を有する。
【００１０】
曲げられた格子線を用いるときでさえ、少なくとも１つの格子線は直線であるのが好ましい。これは、格子線の曲げが、直線の格子線から始まって特に容易に決定され得るという効果を有する。この格子線と光軸との間の距離は、光源の１つと光軸との間の距離の半分に対応することが好ましい。
【００１１】
本発明は、回折格子について、両方の波長のそれぞれの１次回折に対して最適となるように提供される。特に波長の組合せ６５０ｎｍ及び７８０ｎｍを用いるとき、効率と格子構造の簡単化とに対して１次回折を用いることが各場合で最適である。回折次数の他の組合せもまた、他の波長の組合せに対して価値がある。これもまた、０次だけでなく２次又はそれ以上の次数も含む。
【００１２】
最も簡単なケースでは、異なる波長で光を出力するレーザダイオードは、それらによって出力された走査ビームが、互いに平行に且つ光軸に平行に通るように配列される。本発明は、両方のレーザダイオードについて、光軸に対して傾けて配列すべく提供する。これは、回折格子と一緒に、結果として、できる限り軸に対称な強度形状となるという効果を有する。
【００１３】
回折格子はまた、この目的のために光軸に対して回転して配列されることも好ましい。レーザダイオード及び回折格子について、０次仮想光源が光軸上で停止するように回転して配列されるという特別な効果がある。
【００１４】
本発明によれば、更に、サイドスポットが光学記録媒体上の情報トラックに対して直角に向けられるように、回折格子が向けられている。サイドスポットは、回折格子が最適化されるようにそれらと異なる次数の第２のビームの焦点である。必要ならば、これら回折次数は、最適な強度を有する回折格子形状を決定するために計画的に設計される。情報トラックは、例えば、従来の光ディスク上にマークする伸長情報の螺旋状又は円状トラックである。本発明による回折格子の配列は、サイドスポットが、公知の方法を用いて、起こりうるディスクの傾きを検出するために、又は、走査スポット及びトラック中心との間の任意のずれを検出するために用いられ得るという効果を有する。
【００１５】
本発明によれば、レーザダイオード及び回折格子は、１つのモジュールに集積される。これは、モジュールが、予め組立てられた部分として供給され、組み込み中に必要とされる幾つかの組立体及び調整ステップと共に、組み込みのための品質制御を受ける。
【００１６】
回折格子は、記録媒体から来るビームパスに有利に配列されるが、光検出器の上流前段に配列されている。これは、ビーム組合せが走査ビームの後方パスにのみ置かれるという効果を有する。従って、それによって生じるかもしれないいずれかのエラーが、残っている短いビームパス中でいずれの効果もほとんど有さないために、回折格子は、簡単にするべく設計され得る。
【００１７】
この場合、回折格子及び検出器要素は、１つのモジュールに集積されるという効果を有する。
【００１８】
更なる回折格子は、ビームパスに配列されるのが好ましい。これは、例えばトラッキング用に用いられる更なる２次ビームを発生するという効果を有する。更に、回折格子がロンキー格子であるならば、そのとき、これは、２次ビームが波長の一方だけに対して発生するという効果を有する。これは、例えば、公知の３ビームトラッキング方法を実行するための更なる２次ビームが、波長の一方のみに対していずれの場合にも用いられようとするときに、特に有利である。
【００１９】
本発明は、光学記録媒体上に情報を記録するために、両方のレーザダイオードが同時に操作されるのに対して、読み出し操作の各場合には、レーザダイオードの一方だけが操作されることを提供する。本発明による回折格子は、両方のレーザダイオードのスポットが光学記録媒体上に重ね合わせられることを保証する。従って、データの記録又は削除を要求するそのエネルギは、同時に走査ビームを出力する両方のレーザダイオードによって効果的に印加される。１つの走査ビームは、記録媒体から読み出される各場合で要求される。ここで用いられるぢょ氏波長に対して本発明の見地の中であるけれども、異なる波長は、書き込み又は削除のために提供されるのが好ましい。
【００２０】
本発明による装置の中で特に用いる回折格子を製造する本発明の方法において、格子構造及び格子線形状が規定され、対応する高さ形状は、これから決定され且つ階段形状に細分され、この処理の中で発生した異なる高さの領域は、リソグラフィ及びエッチング処理を用いてブランクに移動される。
【００２１】
本発明の更なる効果的な改善は、例となる実施形態の以下の説明の中に含まれている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、光学記録媒体１から読み出し及び／又は該媒体１へ書き込む装置の光学スキャナ３内のビームパスを表し、該スキャナは、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２を有する。いわゆるツインレーザダイオード又はデュアルレーザダイオードは、共通ハウジング２内に集積された、２つの分離レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の配列を含む。光学記録媒体１から読み出し及び該媒体１へ書き込む光学スキャナ３のフィールドにおける応用について、第１のレーザダイオードＬＤ１は第１の波長λ１＝６５０ｎｍで発光し、第２のレーザダイオードＬＤ２は第２の波長λ２＝７８０ｎｍで発光する。図示された場合において、第２の波長λ２の放射は、古いＣＤフォーマットから読み出し且つ該フォーマットへ書き込むために用いられるのに対し、第１の波長λ１は、新しいＤＶＤフォーマットのために用いられる。異なるディスクフォーマットに対する種々の要求のために、スキャナ３の全ての部品は、両方の波長λ１及びλ２に対して最適化されなければならない。従って、例えば、コリメータレンズ４は、できる限りわずかな発散にすべきであり、更に、対物レンズ５は、ＣＤとＤＶＤとで異なる基板厚さｓｄ１及びｓｄ２の球面収差を補償すべきである。図１（ａ）における記録媒体１は、ＤＶＤの基板厚さｓｄ１と、ＣＤの基板厚さｓｄ２とを、選択可能として示している。明確にするために、異なるレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２のビームパスは、図１（ａ）及び図１（ｂ）の別々の図面に描かれている。このような装置は、以下の問題にさらされる。：基本的に、光学スキャナ３は、光学記憶ディスク１上にレーザ源ＬＤ１及びＬＤ２の回折限界イメージである。ツインレーザダイオードの場合、両方のレーザ源ＬＤ１及びＬＤ２は、搭載ハウジング２内に横方向に離れている。それらレーザ源は、スキャナ３の光軸９に沿って通る２つの走査ビームＡＳ１及びＡＳ２を出力する。それらビームは、ビームスプリッタ１６を通過し、コリメータレンズ４と対物レンズ５とを含む光学システムによって、光ディスク１の情報担持層６上に２つの相互分離スポットＳＰ１及びＳＰ２で影像される。これら２つのスポットＳＰ１及びＳＰ２は、交替で光源とみなされ、対物レンズ５及び円柱レンズ７を介して検出器８のプレ−ンに影像される。検出器８は、図１ｃに９０°傾けて描かれており、図１ｃの場合、それぞれの電気信号Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１を発光する４象限Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する。これら信号は、評価ユニット１０によって公知の方法で１つ以上の情報信号ＩＳに変換されるが、ここでは詳細には説明しない。円柱レンズ７によって導入された非点収差のために、検出器のプレ−ンに２つの光スポットＳＰ１及びＳＰ２のイメージＳＢ１及びＳＢ２はもはや回折限界の範囲にないが、円柱レンズ７の焦点距離にクリティカルに依存するサイズでもない。従って、２つのスポットＳＰ１及びＳＰ２の発生元の分離は、それらのイメージＳＢ１及びＳＢ２においてもはや保証されない。その問題は、数値例によって説明される。：２つのレーザ源ＬＤ１及びＬＤ２は、通常、およそｌｄ＝０．１ｍｍで互いに横方向に離れている。検出器プレ−ンにおいて、円柱レンズ７の焦点距離に依存して、およ���ｌｄ’＝０．１ｍｍで互いに離れたものと同様のＳＢ１及びＳＢ２を影像するように導く。検出器８におけるスポットＳＰ１及びＳＰ２のイメージＳＢ１及びＳＢ２が結果としておよそｄｂ＝０．１ｍｍの径ｄｂを同様に有するように、円柱レンズ７自身が通常選択される。従って、実際上、各々が４象限Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する２つの相互にシフトしたスポットイメージＳＢ１及びＳＢ２を見つけることができ、その間隔は、径ｄｂにほぼ対応する。１つの可能な対応策は、各々が４象限を有する２つのフォトダイオードから形成された検出器パターンを用いることである。しかしながら、この解決策の選択は、実際に実装するには高価となる。これは、検出器８のプレ−ンにおける２つのスポットイメージＳＢ１及びＳＢ２の間の距離が、円柱レンズ７の調整中に変化するためである。従って、検出器パターンによって予め決定されたような固定されたイメージの間隔を、光学スキャナ３の構造及び調整の間に維持することができない。
【００２３】
光学的配列は、４象限を有する単一検出器８の使用を認めることが所望される。従って、２つのスポットイメージＳＢ１及びＳＢ２は、検出器プレ−ンにおいて同じ位置に集まるようにすべきである。基本的に、この目的を達成するために２つの異なる解決策に区別することが可能である。：第１は、ディスク１上に、横方向に同じ位置に配置された２つのスポットＳＰ１及びＳＰ２を発生することである。これは、結果として、２つのスポットイメージＳＢ１及びＳＢ２が検出器プレ−ンにおいて同心となる。第２は、検出器プレ−ンの同じ位置に、ディスク１上で横方向に離れたスポットＳＰ１及びＳＰ２を影像することである。
【００２４】
後者について、ウォラストンプリズム１１の複屈折の特性を、検出器パスにおいて用いることが提案されている。これは、図２に描かれている。簡潔にするために、図面は、検出器８の方向において、記録媒体１から逆方向に通る走査ビームＡＳ１及びＡＳ２のみを表している。波長λ１の走査ビームＡＳ１が、通常ビームとしてウォラストンプリズム１１に当たり、屈折せずに再びそれを維持するのに対し、波長λ２の走査ビームＡＳ２は、異常ビームとして屈折する。ここで、配列は、２つの波長λ１及びλ２のイメージＳＢ１及びＳＢ２が、同じ横方向位置で検出器８に当たるように選択される。ビーム組合せのためのウォラストンプリズム１１の選択は、以下の欠点を含む。：２つの波長の偏光ベクトルは、互いに直角になければならない。これは、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の可変方向に対して自由度を制限する。製造技術は、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２が、ハウジング内で相互に直角の偏光を有して事実上正確に一列に配列できないことを結果としてもたらす。これは、調整をかなり困難にする。特に、４分の１波長の位相板を用いるとき、記録媒体１の基板の複屈折は、記録媒体１に対する光学スキャナの位置の機能として偏光を回転させる。その位相板は、駆動装置に書き込むために通常用いられるがここでは図示していない。
【００２５】
前述した欠点は、材料の偏光依存特性を用いるビーム組合せが所望されないことを明らかにする。前述の２つの解決策に基づく偏光非依存のビーム組合せを許容する本発明による方法は、以下の文章に記載される。
【００２６】
図３に描かれたような本発明の基本原理は、逆の考え方で、回折格子１２の散乱特性を用いている。格子分光計の場合、固定の入射角αで格子に当たる多色（ｐｏｌｙｃｈｒｏｍｉｃ）放射は、以下の格子式に従って再び置かれる。
ｎ＊λ＝ｄ＊（ｓｉｎ（α）−ｓｉｎ（β））                            （１）
ここで、回折次数ｎの異なる角度βとし、この場合の異なる波長λ１及びλ２の放射が、角度α１及びα２で回折格子１２に当たる。格子式に従って、結果として同じ出口角β１及びβ２になるように、格子周期ｄが選択される。従って、β１＝β２＝０について、以下のようになる。
【数１】
2004501479.tif 000003
ここで、ｎ１及びｎ２は、ビーム組合せのために用いられた回折次数を表す。これらは、始めから互いに別々となるように選択される。例えば、ｎ１＝０及びｎ２＝１を選択することが可能であり、α１＝０の場合、結果として必要とされる格子周期は以下のようになる。
【数２】
2004501479.tif 000004
式（２）の対応する解決策は、回折次数ｎ１及びｎ２の他の組合せに対して得られる。２つのレーザダイオードからの波長λ１及びλ２で発光された放射は、通常の表面に対して角度α１及びα２で回折格子に当たる。図面は、本発明によれば、両方の波長に対して同じとなるように選択される出口角βを表す。
【００２７】
図４は、本発明における回折格子１２の線形状の最適化を表す。ブレーズ形状は、図４（ａ）においてこの目的のために用いられ、ステップ形状は、図４（ｂ）のブレーズ形状の近似値として用いられる。ステップ形状は、この場合、４つの高さステップによって表されている。等距離ステップｈ１、ｈ２及びｈ３は、平均的に、それらが図４（ａ）に表されているようにブレーズ角θＢに対応するように選択される。
【００２８】
回折次数ｎ１及びｎ２の適切な選択は、本発明によれば、更に回折効率εを考慮することによってなされる。回折効率εは、波長λ１及びλ２の発光レーザ光の部品が、スキャナ３の光学システムに利用できることを決定する。基本的に、回折効率εは、回折次数ｎ１及びｎ２の選択に依存するだけではなく、回折格子１２の構造要因、即ち別々の格子線１３の形状にクリティカルに依存する。図４は、このような格子線１３の形状の例を描いている。図４（ａ）に描かれた非対称的に形成されたブレーズ形状は、本発明によれば、１つの回折次数ｎだけで回折放射のできる限り大きな割合を集中するために特に最適となる。以下のようなブレーズ条件
【数３】
2004501479.tif 000005
がこのような回折格子１２に対して厳密に満足され、その基板が回折指数ｎｒによって特徴付けられる場合、ε＝１の回折効率は、対応する次数ｎに対して得られ、ε＝０の回折効率は、他の全ての次数ｎに対して得られる。実際、ブレーズ条件を、波長λ１及びλ２の両方に対して同時に満足できないことは、図４（ａ）及び式（４）から明らかである。回折効率εは、以下の式によって与えられる。
【数４】
2004501479.tif 000006
ここで、α（ｎ）は、複素振幅回折効率を表す。変数α（ｎ）は、以下の式によって過度に小さくない格子周期に対して計算することができる。
【数５】
2004501479.tif 000007
φ（ｘ）は、点ｘで格子ステップに当たるビームの相対的な位相を表す。ブレーズ格子に対して、以下の式が得られる。
【数６】
2004501479.tif 000008
ここで、ｈ（ｘ）は、格子線１３の高さ形状を表す。図４（ａ）に表されたブレーズ角との関係は、以下の式によって与えれる。
ｈ（ｘ）＝ｔａｎ（θＢ）＊ｘ　　ｆｏｒ ｘ∈［０，ｄ］            （８）
【００２９】
格子形状が、回折次数ｎ１の波長λ１に対して最適化されたならば、次数ｎ２の波長λ２に対して、以下の結果となる。
【数７】
2004501479.tif 000009
格子基板の散乱を、即ち波長に対するｎｒの変化を、無視できると仮定する。
【００３０】
所与の比率λ１／λ２＝０．８３３に対して両方の波長の最大の光出力を達成するために、ｎ１＝ｎ２＝±１となる回折次数を選択することは特に有利である、ということが分かった。例えば、図１１は、種々の回折次数ｎに対して回折効率εを表し、ブレーズ条件が１次で波長λ１＝６５０ｎｍに対して厳密に満足するような格子形状を仮定する。波長λ２＝７８０ｎｍに対して、このブレーズ条件は相反する。しかしながら、波長λ１及びλ２の間の比較的小さな差によって、９０％以上の回折効率εがλ２に対しても達成することができることは明らかである。更に、図１１は、格子形状の結果である回折効率をリストしており、この場合、図４（ｂ）に描かれ、４つの別々のステップから形成されているように、４ステップ形状の形式のものである。このような形状は、理想的なブレーズ形状よりも、機械的に製造される必要があるリソグラフッフィック露光及びその後のエッチング処理によって容易に製造され得る。ステップの高さｈ１、ｈ２及びｈ３とステップ数とは、この場合、最適化されたブレーズ形状のできる限り最良の近似値を達成するために選択される。この形状に対して図１１に示された回折効率は、式（５）の数値式によって決定される。この場合、同様に、７０％以上の出力が、両方の波長λ１及びλ２に対して達成できることが分かった。
【００３１】
ビーム組合せ用の光学スキャナの特定の配列は、特に回折次数ｎ１＝ｎ２＝±１に対して、以下の文章の中で説明される。
【００３２】
図５は、発散走査ビームＡＳ１及びＡＳ２においてビーム組合せのための本発明による装置のビームパスを表す。２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２からの発散方法で発光された放射は、回折格子１２で回折した後で非収差であり、あたかも両方の波長が同じ点即ち仮想源ＶＳから発生しているかのように伝搬する。２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２は、この場合、点光源とみなされる。回折格子１２で回折した後、２つの光源ＬＤ１及びＬＤ２からの放射は、あたかもそれらが単一源、いわゆる仮想源ＶＳから発生しているかのように伝搬する。仮想源ＶＳに対して、２つの実際の源ＬＤ１及びＬＤ２は、それぞれ、横方向に座標点（０，ｙ１）及び（０，ｙ２）に配置される。回折格子１２は、縦方向の距離Ｚ０に配置される。回折格子１２の中心、即ち座標（Ｚ０，０）に当たるビームは、回折の後で光軸９に沿って通り、両方のビームＡＳ１及びＡＳ２に対する出口角βは零となる。入射角α１及びα２は、一方で、以下のようになる幾何学的配置から決定され得る。
【数８】
2004501479.tif 000010
他方では、それらは、β＝０の格子式（１）を満足しなければならず、従って、結果として以下の条件式となる。
【数９】
2004501479.tif 000011
式（１１）の最後のステップのものが適用でき、λ１，２＜＜ｄに限定したものである。式（１１）は、再組立のために必要とされる格子定数ｄと、レーザダイオードＬＤ１及びレーザダイオードＬＤ２の間の所与の距離Δｙに対して決定すべき位置ｙ１とを受け入れる。例えば、格子定数ｄ＝１３μｍ及び位置ｙ１＝０．５ｍｍは、Ｚ０＝１０ｍｍ及びΔｙ＝０．１ｍｍで得られる。
【００３３】
式（１１）に対応する周期を有する簡単な線形の回折格子１２が用いられる場合、２つの走査ビームＡＳ１及びＡＳ２の組合せが保証されるが、記録媒体１の情報担持層６上に回折限界スポットＳＰ１及びＳＰ２が存在しない。これは、線形格子上の発散ビームＡＳ１及びＡＳ２の回折中に生じる収差による。これを防ぐために、本発明による回折格子１２は、簡単な回折格子よりはるかに複雑に構成される。
【００３４】
図６は、曲がった格子線１３を有する最適化された回折格子１２の線構造を表す。理解できるように、１つの格子線１３’は曲がっていない。線間隔ｄは、この場合、ｄｘ（ｘ，ｙ）及びｄｙ（ｘ，ｙ）によって座標（ｘ，ｙ）の機能として直交座標形式で表される。
【００３５】
回折格子１２の正確な構造は、以下の文章に記載されているように、レーザダイオードＬＤ１からの放射に対して決定される。全ての収差に対する完全な補正は、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の一方の波長λ１及びλ２に対してのみ可能となる。数値シミュレーション計算によって表されたように、レーザダイオードＬＤ２からの放射における有限収差は無視できる。
【００３６】
レーザダイオードＬＤ１から即ち点（０，ｙ１）から発生し、点（ｘａ，ｙａ）で回折格子１２に当たる各ビームは、次のように回折するようになされる。その回折は、結果として生じるビームが、点（０，０）の仮想源ＶＳから発生したものに対応し、回折されることなく点（ｘａ，ｙａ）を通過するようになされる。これは、回折ビームの出口方向が、仮想ビームの入射方向と等しいことを意味する。曲がった格子線１３における回折が正確に表されていることを認めるために、格子周期は、図６に描かれたように、各格子座標（ｘ，ｙ）に対して直交座標ｄｘ及びｄｙに分解される。入射角αは、その座標αｘ及びαｙに対応する方法で細分される。
【００３７】
従って、距離Ｚ０で（０，ｙ１）から（ｘａ，ｙａ）へのビームに対して、以下の式となる。
【数１０】
2004501479.tif 000012
【００３８】
仮想源ＶＳからの仮想ビームは、部品の形状で表されたものと同様に公称出口角βを決定する。これは、以下の式のように、仮想ビームの入射角と等しくなる。
【数１１】
2004501479.tif 000013
【００３９】
前述で計算された角αｘ、αｙ、βｘ及びβｙを有する格子式（１）が、１次回折に対して各点（ｘａ，ｙａ）で満足されるように、格子周期ｄｘ（ｘａ，ｙａ）及びｄｙ（ｘａ，ｙａ）が選択される。従って、以下の式を得る。
【数１２】
2004501479.tif 000014
【００４０】
回折格子は、式（１４）によって完全に特徴付けられ、別々の格子線１３に細分され得る。本発明によれば、ｙａ＝ｙ１／２の格子線１３’は、線構造に対して適切な発生点である。この場合、ｄｘの分母は、格子線１３’がｘ軸と平行に通ることを意味するという特異性を持っている。他の全ての格子線１３の形状は、ｄｙの連続追加によって計算され得る。図６に描かれたような回折格子１２の構造は、この方法で計算された構造と質的に対応する。
【００４１】
図７は、光軸９に対して片寄って配列されたレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２に対するビームパスを表す。この場合の太矢印は、強度最大（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍａｘｉｍａ）の発光角度を示す。強度形状の角度分布がＺ軸と平行して配列されるように、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２は、通常、配列される。強度最大の間の横方向の距離λｙ（Ｚ１）は、レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の間の距離ｙ２（０）−ｙ１（０）と伝搬距離Ｚ１−Ｚ０とに依存する。
【００４２】
これまでの記載は、レーザダイオードの発光特性を省略している。レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２は、その放射が特定の角度分布を持っていない点光源であると仮定されている。図７は、強度最大が最終的に移動する方向、即ち、それらの横方向間隔Δｙ（Ｚ１）が長手方向にどのくらい増加するかを表している。従って、この間隔に対して、以下の式となる。
【数１３】
2004501479.tif 000015
【００４３】
コリメータレンズ４がＺ１に位置する場合、距離Δｙ（Ｚ１）は、Ｚ＞Ｚ１で一定に維持される。ｙ２−ｙ１＝０．１ｍｍ、Ｚ０＝１０ｍｍ及びＺ１＝２０ｍｍは、数値例として再度仮定する。従って、これは、結果として発光最大は０．２ｍｍで離されることになる。この値は、約３〜４ｍｍの対物レンズ５の典型的な口径と比較しても小さい。これは、実際上、強度最大の間の間隔がほとんど明白ではないことを意味する。対照的に、表されている軸９’に対する放射最大のシフトは、よりクリティカルである。このシフトｙ１（Ｚ１）は、Δｙ（Ｚ１）の値のおよそ５倍と仮定する。前述の数値例について、これは、強度最大が光軸９’に対して約１ｍｍの間でシフトされることを意味する。従って、このシフトは、レンズ開口のおよそ１／４の量となり、従って補正されるべきである。本発明によれば、これは以下のように実行される。：回折格子１２から発生する波頭は、仮想源ＶＳの発光点から発生する球面波に相当する。従って、回折格子１２の鮮明度（ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）のための前段ステップが無効となることなく、点ＶＳに対して任意の所望の角度でその後の光学システムを回転させることが可能となる。従って、回折格子１２の特徴が変化することがない限り、組合せビームＡＳ１及びＡＳ２の一方の特徴に変化が生じない。実行される回転は、レーザダイオードＬＤ１の強度最大が、その後のシステムの光軸９に置かれるような角度で有効に提供される。図８は、対応する最適化された全体システムを表す。
【００４４】
図８は、発散ビーム中の回折格子１２を有する光学スキャナ８の全体構造を表す。回折格子１２に続く光学システムの光軸９に対して、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の強度最大のシフトをできる限り小さく維持するために、レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２と回折格子１２とを含むユニットは、描かれたプレーンに直角であり且つ仮想源ＶＳを通る軸に対して回転される。最適な回転角は、回折格子１２を通過した後における２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の発光角度の平均値である。
【００４５】
本発明によれば、対応する小さい距離Ｚ０を用いるとき、モジュール１４は、ツインレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２と回折格子１２とを含む、集積された全体部品として提供される。回折格子１２の残る回折次数が、結果として、光ディスク１上のトラックに対して直角に向けられた光スポットとなるように、回折格子に対する光学システムの向きは選択される。更なる検出器素子を用いる場合、ここで説明しないが、これらサイドスポットは、光ディスクの放射方向傾斜を検出するために用いられる。更なる格子１４が、選択的に表されている。これは、公知の３ビームトラッキング方法に基づいて、ＣＤディスクの複写中の任意のトラッキングエラーを検出するために用いられる。その格子線は、この目的のために、回折格子１２のものに対してほぼ直角に向けられ、ディスク１上の更なる格子１５に起因するサイドスポットが、トラックに沿って配列される。更なる格子１５がＤＶＤディスクから読み出す必要性がないために、本発明は、回折が波長λ１に対して発生しないように用いられるべき格子を提供する。これは、例えば、６５０ｎｍのΔφ＝πを有するロンキー格子のような場合である。
【００４６】
平行ビーム中のビーム組合せは、前述した場合よりも簡単である。この場合、図９に描かれたように、レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２から発散形状に発生する放射ＡＳ１及びＡＳ２は、まず最初に、適切なコリメータレンズ４を用いて平行にされる。レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の異なるオブジェクト位置により、波長λ１及びλ２を含む平行ビームは異なるフィールド角を有する。これらは、平行ビーム内に位置付けられた、本発明による回折格子１２によって互いに整合される。線形格子からの平行ビームの回折は、結果としていずれの収差にもならず、回折格子１２は、簡単な回折格子の形状として有利となる。両方の波長λ１及びλ２に対して発生する最大光子を達成するために、両方のレーザフィールドは、前述されたように、それぞれ１次で回折する。格子周期は、平行ビームのフィールド角Δα＝α２−α１の間の差を考慮して、以下の式のように設計される。
【数１４】
2004501479.tif 000016
ここでｆｃｏｌｌは、コリメータレンズ４の焦点距離を表す。条件β＝０に従うために、式（２）は、格子周期ｄ及び入射角α１を独自に規定するために用いられる。
【数１５】
2004501479.tif 000017
数値例：コリメータ焦点距離ｆｃｏｌｌ＝２０ｍｍと、横方向間隔Δｙ＝０．１ｍｍのコリメータ焦点距離とに対して、これは、結果としてΔα＝０．２８６°になる。式（１７）を用いると、角度及び格子周期をそれぞれ、α１＝１．４３°及びｄ＝２６μｍとして規定できる。
【００４７】
図１０は、本発明による装置の逆方向パスにおけるビーム組合せを表す。回折格子１２は、この場合、光学スキャナ８の検証パスの中に配列される。この配列は、図２に描かれたものに対応し、本発明による回折格子１２は、ウォラストンプリズム１１の代わりに、ビーム組合せのために用いられる。この場合、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２から発光された放射は、最初に、図１に表されたように、２つの横方向に離れたスポットＳＰ１及びＳＰ２が光ディスク１の情報層６上に発生するように組み合わされない。両方のスポットＳＰ１及びＳＰ２が検出器プレーンの同じ位置ＳＢ１及びＳＢ２にイメージされた境界条件は、この場合、逆方向パスの回折格子１２によって満足される。たとえ非平行ビームパス内に位置付けられていても、回折格子１２の構造は、この場合、簡単な線形格子の形状であってもよい。線形格子上の回折に起因する収差は、図５〜８に関連して記載された構造に対照して、この点で無視できる。光子発生理由について、回折格子１２は、１次回折における両方の波長λ１及びλ２に対して再度用いられてもよい。回折格子１２及び検出器８を含むモジュール１４’は、他の実施形態として、破線で描かれている。
【００４８】
本発明に対する更なる応用選択は、以下の文章内に明記されている。ビーム組合せのための最初の２つの選択は、結果として、２つの重複光スポットＳＢ１及びＳＢ２が光ディスク１上に発生するようになる。光学スキャナ８の通常動作中に、２つの波長λ１及びλ２の連続使用（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｕｓｅ）が好ましい。即ち、ＤＶＤ用の波長λ＝６５０ｎｍのレーザダイオードＬＤ１と、ＣＤ用の波長λ＝７８０ｎｍのレーザダイオードＬＤ２とを連続使用し、本発明による方法は、光学データ記憶用の新しいアプリケーションで開かれる。これらは、例えばいわゆる２光子処理を含む。これら処理は、ディスク１上のメモリ層６の使用からなり、情報単位を書き込むために分子電子遷移を用いる。この場合、状態ＺＡから他の状態ＺＢへの分子遷移は、中間レベルＺＣを介して起こる。例として、レーザダイオードＬＤ１からの光が、遷移ＺＡ→ＺＣを刺激するために用いられるのに対し、遷移ＺＣ→ＺＢがレーザダイオードＬＤ２からの放射によって刺激される。対照的に、書き込まれた情報は、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の一方だけを用いて読み出される。このような２光子処理の使用は、将来的に信頼性が高い大量なデータを達成することが可能となる。いわゆる「前熱」処理は、重複スポットＳＰ１及びＳＰ２の更なる新しいアプリケーションとして想定される。この場合、例として、レーザダイオードＬＤ２からの光は、光ディスク上のメモリ層６の大きい領域が加熱されることを保証するのに対し、情報は、レーザダイオードＬＤ１の適切なパルスによってのみメモリ層６に書き込まれる。これは、処理を削除するとみなす信頼性の高い良いデータと、達成可能な高い効率密度との点で、現在の方法よりも有利である。高い効率密度は、例えば、多数の情報担持層６を有する光学記憶ディスク１の場合に所望される。
【００４９】
本発明は、２つのレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２から発光された放射を形成する回折方法に関し、単一検出器８の使用を可能とする。一方では、１つの方向は、光ディスク１上に同一線形で配列された２つの焦点ＳＰ１及びＳＰ２を達成するために指示され、従って単一検出器８を使用できる。他方では、１つの方向は、共通検出器８上で、光ディスク１上に離れた光スポットＳＰ１及びＳＰ２をイメージするために表される。ウォラストンプリズム１１の使用は、以下の欠点を有する。：レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２の偏光は、自由に選択することができない。それは、前段パスにおいて用いられないが、ディスク１上に発生するスポットＳＰ１及びＳＰ２を横方向に離れる。プラスチックからそれらを製造することができないので、ウォラストンプリズム１１は、比較的高価な光学部品である。回折格子１２の使用は、本発明によれば、２つの横方向に離れた単色光源から発光される放射に対して可能となる。レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２のこの場合、単色光源を形成するために、２つの波長λ１及びλ２の光ビームが、回折格子１２を通過した後で共通軸９を有するようになる。これは、ＤＶＤ及びＣＤを再生及び記録する光学スキャナ８に対して簡単な概念を達成することが可能となる。格子の回折の散乱特性は、放射の組み合わせに用いられ、１次回折ｎ＝±１が両方の波長λ１及びλ２に対して用いられる。補正収差のための複雑な線構造は、スキャナ８の前段パスにおける使用に対して表されている。両方の波長λ１及びλ２に対してできる限り高い回折効率を達成するために、即ち、低い光損失を達成するために、個別形状のブレーズ幾何学は、回折格子１２のステップ形状に用いられる。前熱記録及び２光子処理はその方法の更に可能な応用として言及されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
２つのレーザダイオードを用いるビームパスの構成図である。
【図２】
ウォラストンプリズムを用いるビーム組合せの構成図である。
【図３】
回折格子を用いるビーム組合せの構成図である。
【図４】
回折格子の線形状図である。
【図５】
回折格子を用いるビームパスの構成図である。
【図６】
本発明による回折格子の線構成図である。
【図７】
光軸に対して片寄って配列されたレーザダイオードのビームパスの構成図である。
【図８】
発散ビームの回折格子を有する本発明による装置の構成図である。
【図９】
平行ビームにおける回折格子を有する本発明による装置の構成図である。
【図１０】
検証パスにおける回折格子を有する本発明による装置の構成図である。
【図１１】
計算された回折効率のテーブルである。
【符号の説明】
１　光学記録媒体
２　共通ハウジング
３　光学スキャナ
４　コリメータレンズ
５　対物レンズ
７　円柱レンズ
８　検出器
９、９’  共通の光軸
１０  評価ユニット
１１  ウォラストンプリズム
１２  回折格子
１３、１３’  格子線
１４、１４’  モジュール
１５  更なる回折格子
１６  ビームスプリッタ
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年5月29日(2002.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学記録媒体（１）から読み出し及び／又は該媒体へ書き込む装置であって、第１の波長（λ１）で第１の走査ビーム（ＡＳ１）を出力する第１のレーザダイオード（ＬＤ１）を有し、第２の波長（λ２）で第２の走査ビーム（ＡＳ２）を出力する第２のレーザダイオード（ＬＤ２）を有し、前記走査ビーム（ＡＳ１、ＡＳ２）は、共通の光軸（９）に沿って通り、前記記録媒体（１）上の情報層（６）を走査し、及び、前記光軸（９）上の一点に配列されたビーム組合せ素子から情報信号（ＩＳ）を出力するために単一の光検出器（８）上に落とされる前記装置において、
前記ビーム組合せ素子は、０よりも高い回折次数における両方の波長（λ１、λ２）に対して最適化された回折格子（１２）であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記回折格子（１２）は、ブレーズ形状又はこれと同じ形状を有する格子線（１３）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記格子線（１３）は、ステップ形状（ｈ１、ｈ２、ｈ３）を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記回折格子（１２）は、曲がった格子線（１３）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
１つの格子線（１３’）は直線であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記回折格子（１２）は、両方の波長（λ１、λ２）の１次回折に対して最適化されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のレーザダイオード（ＬＤ１）及び前記第２のレーザダイオード（ＬＤ２）は、前記光軸（９）に対して傾けて配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記回折格子（１２）は、前記光軸（９）に対して傾けて配列されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
サイドスポットが前記光学記録媒体（１）上の情報トラックに対して直角に向けられるように、前記回折格子（１２）が向けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のレーザダイオード（ＬＤ１）、前記第２のレーザダイオード（ＬＤ２）及び前記回折格子（１２）は、１つのモジュール（１４）に集積されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記回折格子（１２）は、前記記録媒体（１）から来るビームパスにおける前記光検出器（８）の上流に配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記回折格子（１２）及び前記光検出器（８）は、１つのモジュール（１４’）に集積されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
更なる回折格子（１５）、特にロンキー格子は、前記ビームパスに配列されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学記録媒体（１）上に情報を記録するために、両方のレーザダイオード（ＬＤ１、ＬＤ２）が同時に操作されるのに対し、各読み出し操作の場合、前記レーザダイオード（ＬＤ１、ＬＤ２）の一方だけが操作されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置の中で特に用いる回折格子（１２）の製造方法であって、前記格子構造及び前記格子線形状（ｈ１、ｈ２、ｈ３）が規定され、前記対応する高さ形状は、等しい高さの領域に細分され、該等しい高さの領域は、リソグラフィ及びエッチング処理を用いてブランクに移動される製造方法において、
０よりも高い回折次数で前記格子（１２）に当たる第１の波長（λ１）及び第２の波長（λ２）の発散ビームは、回折することなく０次で前記格子（１２）を通過する仮想源（ＶＳ）からのビームに本質的に対応するように、前記格子（１２）によって回折されることを特徴とする製造方法。
【国際調査報告】
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2004501479.tif 000051
2004501479.tif 000052
2004501479.tif 000053
2004501479.tif 000054
2004501479.tif 000055