(57)【要約】高密度ＨＤ記録担体（３８）及び低密度ＬＤ記録担体（１８）の両方を走査するための光走査デバイスにおいて、二波長ダイオードレーザー（５０）が、ＨＤ走査ビーム及びＬＤ走査ビームを発生させるために使用される。ダイオードレーザー（５０）の近くに複合の回折素子（６０）を配置することによって、その素子は、ＨＤビーム及びＬＤビームを結合させるための第一の回折構造（６３）、及びＬＤビーム又はＨＤビームのどちらかに対してのみレンズとして作用する第二の回折構造（６４）を有するが、ＬＤ情報層（４０）を書き込むことに適する小型のデバイスが得られる。
2004510281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作の第一のモードにおいて第一の情報層及び第一の厚さの第一の透明層を有する第一のタイプの記録担体を走査し、動作の第二のモードにおいて第二の情報層及び前記第一の厚さと異なる第二の厚さの第二の透明層を有する第二のタイプの記録担体を走査する光走査デバイスであって、
前記第一のモードにおいて第一のＨＤ放射ビームを、及び前記第二のモードにおいて第二のＬＤ放射ビームを、発生させる二波長ダイオードレーザー、
前記第一のモードにおいて前記第一の情報層に前記ＨＤビームを集束させる第一の組みの共役における動作に対して、及び前記第二のモードにおいて前記第二の情報層に前記ＬＤビームを集束させる第二の異なる組みの共役における動作に対して、設計される対物系、並びに
前記二波長ダイオードレーザー及び前記対物系の間の放射経路に配置される第一の回折素子、を含み、
第二の回折素子は、前記二波長ダイオードレーザー及び前記対物系の間の前記放射経路に配置され、
前記第二の回折素子は、ＬＤビーム又はＨＤビームのいずれかに対してのみレンズの機能を有することを特徴とする光走査デバイス。
【請求項２】
前記第一及び前記第二の回折素子は、透明体のそれぞれ入射面及び射出面に配置される第一及び第二の回折構造によって構成されることを特徴とする請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項３】
前記第一及び前記第二の回折素子の少なくとも一つは、正レンズの機能を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光走査デバイス。
【請求項４】
前記第一及び前記第二の回折素子の少なくとも一つは、負レンズの機能を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光走査デバイス。
【請求項５】
前記第二の回折素子は、輻輳が適合する前記ビームに対して前記二波長レーザーから対応する前記ビームの対称的な部分を選択するように設計されることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の光走査デバイス。
【請求項６】
前記第一及び前記第二の回折素子は、前記二波長ダイオードレーザーの近くに配置されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光走査デバイス。
【請求項７】
前記ダイオードレーザー及び該レーザーに面する前記回折素子の間の距離は、１ｍｍ及び４ｍｍの間にあることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の光走査デバイス。
【請求項８】
前記第一及び前記第二の回折素子の間の距離は、２ｍｍ及び８ｍｍの間にあることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の光走査デバイス。
【請求項９】
ビーム整形器は、前記二波長ダイオードレーザーの前に配置され、
前記ビーム整形器は、ビームの輻輳を変化させる入射面、及び屈折の射出面を有することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の光走査デバイス。
【請求項１０】
前記ビーム整形器の前記入射面及び前記射出面は、それぞれ第三及び第四の回折構造によって構成されることを特徴とする請求項９記載の光走査デバイス。
【請求項１１】
前記第一及び前記第三の回折構造は、第一の複合の回折構造に合併され、
前記第二及び前記第四の回折構造は、第二の複合の回折構造に合併され、
前記第一及び前記第二の複合の回折構造は、一つの透明体のそれぞれ入射面及び射出面に配置されることを特徴とする請求項１０記載の光走査デバイス。
【請求項１２】
前記ビーム整形器は、円筒状の入射面及び環状の射出面を有するレンズ素子であり、
前記第一の回折構造は、前記円筒状の入射面に配置され、
前記第二の回折構造は、前記環状の射出面に配置されることを特徴とする請求項９記載の光走査デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、動作の第一のモードにおいて第一の情報層及び第一の厚さの第一の透明層を有する第一タイプの記録担体を走査するための、並びに、動作の第二のモードにおいて第二の情報層及び第一の厚さと異なる第二の厚さの第二の透明層を有する第二のタイプの記録担体を走査するための、光走査デバイスに関し、そのデバイスは、第一のモードにおいて第一のＨＤ放射ビーム及び第二のモードにおいて第二のＬＤ放射ビームを発生させるための二波長ダイオードレーザー、第一のモードにおいて第一の情報層にＨＤビームを集束させるための第一の組みの共役における動作、及び第二のモードにおいて第二の情報層にＬＤビームを集束させるための第二の異なる組みの共役における動作に対して設計される対物系、並びに二波長ダイオードレーザーと対物系との間の放射経路に配置される第一の回折素子を含む。
【０００２】
このような光走査デバイスは、ＪＰ−Ａ　１１−１８５２８２の英語の要約から既知である。ＨＤビーム及びＬＤビームは、ここでは、それぞれ、より高い情報密度をもつ情報層及びより低い情報密度をもつ情報層を走査するために使用されるビームを意味することが理解される。
【０００３】
一般的に、光記録担体における透明層は、情報層から十分な距離で、ちり粒子、キズなどを保有する周囲の影響から情報層を保護すること、及び情報層に機械的支持を提供することが意図される。言いかえれば、透明層は、情報層に対する基板として機能する。透明層の厚さは、記録担体に所望の剛性を与えるために望まれる厚さと、透明層に入射する走査ビームの開口数（ＮＡ）と関連して望まれる厚さとの間における妥協である。
【０００４】
記録担体側の対物系のＮＡは、分解能によって決定される、走査デバイスは、与えられた密度で情報層を読み取るか又は書き込まなければならないに違いない。走査デバイスの分解能は、その分解能はデバイスによって形成され得る最小の走査スポットの大きさに反比例するが、ＮＡ／λに比例し、ここで、λは、走査ビームの波長である。ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）のような、より大きな情報密度をもつ記録担体を走査するために、以後ＨＤ（高密度）走査ビームと呼ばれる、走査ビームを使用するべきであり、その走査ビームは、ＣＤ（コンパクトディスク）のような、より低い情報密度をもつ記録担体を走査するために使用される、以後ＬＤ（低密度）走査ビームと呼ばれる、走査ビームよりも高いＮＡ及びより小さいλを有する。より大きな情報密度をもつ、従ってより高いＮＡを要求する、記録担体に対して、焦点又は走査スポットの品質における、走査デバイスの光軸に対する記録担体の傾きの影響を減少させるために、情報層の厚さを減少させることはしばしば必要である。より大きな情報密度を有する新規な記録担体の出現と共に、異なる厚さの透明層を有する異なるタイプの記録担体は、市場に登場してくることになる。互換性のある走査デバイスは、透明層の厚さと無関係に、異なるタイプの記録担体を走査しなければならなくなる。二つのタイプの記録担体に対する互換性のある走査デバイスの対物系は、第一のタイプの記録担体を走査するための第一の組みの共役、及び第二のタイプの記録担体を走査するための第二の異なる組みの共役を有するべきである。対物系の二つの共役は、ここでは、それぞれ、物体平面即ち放射源の放出面と対物系の第一の主平面との間の距離、及び対物系の第二の原理面と像平面即ち情報層の平面との間の距離を意味することが理解される。ここでは、記録担体を走査することは、情報の読み取り、書き込み、及び／又は削除の目的のために、走査ビームによって形成される走査スポット及び情報層を互いに対して移動させることを意味することが理解される。
【０００５】
互換性のある走査デバイスにおいて一つの対物系で異なるＮＡを有する二つの走査ビームを得るために、いわゆる二色性の環状手段、例えばフィルタを、放射経路における対物系の前、又はこの対物系の第一の面に配置してもよい。このような二色性フィルタは、ＨＤ走査ビームを透過させると共に、ＬＤ走査ビームの縁を遮断するか、又は偏向させるので、後者のビームの中央部分のみがＬＤ情報層へ対物系によって透過する。ＬＤ走査ビームは、ＬＤ情報層に走査スポットを形成し、そのスポットは、ＨＤ走査ビームによってＨＤ情報層に形成される走査スポットよりも広い。特に互換性のある走査デバイスに対して、ここでＬＤ走査ビームは、情報層を読み取るだけでなく書き込むためにも使用され、また、ここで放射源からの最大量の放射が、情報層に到達するべきであるが、より良好な代替の方法は、放射経路における対物系の前に追加のレンズを配置することである。このようなレンズは、前部コリメーターレンズと呼んでもよいが、ＬＤビームが対物系の中央部分のみを占めるように、源からのビームの輻輳を変化させると共に、ＬＤビームのＮＡは、対物系の通過後にビームが必要な像側ＮＡを有するようなものである。前部コリメーターレンズは、ＬＤ走査ビームの経路中にのみ配置されるべきである。
【０００６】
異なる波長をもつＨＤ及びＬＤ走査ビームを、異なる波長を放射する二つの個別の放射源、例えばレーザーダイオード、によって発生させてもよい。これらの走査ビームを、対物系に入る前に、ビームの一つのある部分を透過させると共に同じ方向で他のビームのある部分を反射する二色性ビーム分離素子、例えばプリズム又は半透明ミラーによって結合させてもよい、即ち同軸にしてもよい。
【０００７】
互換性のある走査デバイスの大きさ及び重量を減少させるために、例えば、ＪＰ−Ａ　１１−８５２８２の英語の要約に示すように、ビーム結合素子と組み合わせて、いわゆる二波長レーザーモジュールを使用することができる。二波長モジュールは、異なる波長を放射する、二つの発光素子を含む単一のレーザーチップである。ビーム結合素子は、ビームの一つのみを回折する、レーザーチップの近くに配置される回折格子であるので、これらのビームの主光線、即ちビームの軸は、同軸になる。この走査デバイスでは、ＬＤビームの経路においてのみ前部コリメーターレンズを配置することが可能ではない。
【０００８】
本発明の目的は、開始の段落に記述されるような光走査デバイスを提供することであり、そのデバイスは、ＬＤビームにおけるレンズ手段のみが提供される。この走査デバイスは、第二の回折素子が二波長ダイオードレーザーと対物系との間の放射経路に配置され、その素子は、ＬＤビーム又はＨＤビームのいずれかに対してのみレンズの機能を有することを特徴とする。
【０００９】
屈折のレンズによるのと同じ方法でビームの輻輳を変化させるというような方法でビーム線を回折する、平面の回折素子によって、二つの屈折面をもつレンズを交換することができることは周知である。このような回折素子は、中間のストリップと交替する、湾曲した格子のストリップを有する回折格子の形態を有していてもよい。格子のストリップを、素子の表面における溝によって形成してもよい。本発明は、このような回折素子のパラメーター、例えば溝の深さを、素子が与えられた波長を有する放射ビームに対してレンズとしてのみ作用をするように選択してもよいという認識に基づく。異なる波長を有する放射ビームに対しては、素子は、単なる透明な板である。二波長ダイオードレーザーからのビームの放射経路においてＬＤビームのみを回折するように設計される回折素子を配置することは、回折素子は両方のビームの経路中に配置されるが、ＬＤビームは、レンズに遭遇し、ＨＤビームは、しないという効果を有する。この回折素子は、ＬＤビームの輻輳を変化させるので、対物系の瞳の平面において、このビームは、ＨＤビームのものよりも小さいと共にこの瞳の中央部分のみを覆う断面を有する。また、二波長レーザーからのビームの放射経路においてＨＤビームのみを回折する回折素子を配置することも可能である。ＬＤビームの輻輳を変化させず、このビームが、瞳の中央部分のみを占めるようなものであると同時に、この回折素子は、ＨＤビームの断面を、このビームが対物系の瞳全体を占めるような方法で、拡大させるはずである。
【００１０】
光走査デバイスは、好ましくはさらに、第一及び第二の回折素子が、それぞれ透明体の入射面及び射出面に配置される第一及び第二の回折構造によって構成されることを特徴とする。
【００１１】
二つの回折素子を一つの素子に統合することによって、素子の数を減少させるので、走査デバイスはより単純になり、その製造コストを減少させる。その構成される回折素子は、周知のプレス加工又は複製技術によって製造することができる。第一の回折構造に相当する内面のプロフィールを有する第一の型及び第二の回折構造に相当する内面のプロフィールを有する第二の型を同時に使用することによって、複合の回折素子を一つのステップで製造することができる。
【００１２】
走査デバイスは、さらに、少なくとも一つの第一及び第二の回折素子が、正レンズの機能を有することを特徴としてもよい。
【００１３】
正レンズの機能をもつ一方の回折素子は、発散するＬＤ源ビームの一部分を、収束するＬＤビームに変換してもよく、次に他方の回折素子は、このビームのさらなる適合を提供するので、それは、対物系の瞳の中央部分を占める。
【００１４】
代わりに、走査デバイスは、少なくとも一つの第一及び第二の回折素子が、負レンズの機能を有することを特徴としてもよい。
【００１５】
負レンズの機能をもつ一方の回折素子は、ＨＤ源ビームの少なくとも一つの部分をより発散するビームに変換してもよく、次に他方の回折素子は、このビームのさらなる適合を提供するので、それは、対物系の瞳を占める。
【００１６】
また、複合の回折素子の回折構造は、それらが、ここで上述したような一つの正レンズの機能及び一つの負レンズの機能の代わりに、二つの正レンズの機能又は二つの負レンズの機能を提供するような設計を有してもよい。このような走査デバイスの設計は、どの回折構造が正又は負のレンズの機能を提供するべきか、及びそのレンズの機能が何であるべきかを決定する。
【００１７】
走査デバイスの実施例において、ここで第二の回折素子は、ビームの一つの輻輳を変化させるためのレンズの機能のみを有するが、この素子の回折構造は、比較的単純である。そして、第二の回折素子が、要求される輻輳をもつビームを形成するために、源のビームの対応する一つの非対称な部分を変換すると、後者のビームは、ある一定の状況の下で許容可能である、強度におけるいくらかの非対称性を示してもよい。
【００１８】
輻輳が適応するビームに対して、二波長レーザーから対応するビームの対称な部分を選択するように第二の回折素子が設計されることを特徴とする走査デバイスにおいて、前記後者ビームは、対称な強度分布を有する。
【００１９】
第二の回折素子がレンズの機能を有するべきであるのみならず、ＬＤビームの主光線を偏向させることもできると、その回折構造は幾分複雑である。
【００２０】
走査デバイスは、好ましくはさらに、第一及び第二の回折素子が二波長ダイオードレーザーの近くに配置されることを特徴とする。
【００２１】
そして、回折素子を、それらが、ＬＤ及びＨＤビームがまだ小さな断面を有する位置に配置されるので、小さくできる。
【００２２】
走査デバイスのこの実施例は、好ましくはさらに、ダイオードレーザーとレーザーに面する回折素子の間の距離が、１ｍｍと４ｍｍの間にあることを特徴とする。
【００２３】
このような距離に対して、回折構造のピッチは、これらの構造を容易に製造することができるようなものである。
【００２４】
同じ理由のために、この実施例は、好ましくはさらに、第一及び第二の回折素子の間の距離は、２ｍｍと８ｍｍの間にあることを特徴とする。
【００２５】
このような距離に対して、回折構造のピッチは、これらの構造の容易な製造に対して十分に大きい。
【００２６】
走査デバイスは、さらに、ビーム整形器を二波長ダイオードレーザーの前に配置すると共に、そのビーム整形器が、ビームの輻輳を変化させる入射面、及び屈折の射出面を有することを特徴としてもよい。
【００２７】
このようなビーム整形器と共に、楕円形の断面を有するダイオードレーザービームを、放射の損失なしに、円形の断面を有するビームに変換することができる。ダイオードレーザーの近くに配置することができる、レンズの形態にある有効で小さいビーム整形器は、ＵＳ−Ａ　５，４６７，３３５に開示されている。互換性のある走査デバイスにビーム整形器を提供することによって、ＨＤビームの強度もまた増加するので、このデバイスは、また、高密度の情報層に書き込むことに適する。このような走査デバイスは、さらに、ビーム整形器の入射面及び射出面が、それぞれ第三及び第四の回折構造によって構成されることを特徴としてもよい。
【００２８】
ホログラフィーのビーム整形器と呼んでもよい、このようなビーム整形器を、それがＨＤビームの形状のみを変化させると共にＬＤビームに対しては透明であるような方法で設計してもよい。このビーム整形器が、二波長レーザーのただ一つの素子からのビームに作用すると、それは、この素子と整列されることのみが必要である。
【００２９】
走査デバイスは、ここでさらなる統合が実施されたきたが、第一及び第三の回折構造が、第一の複合の回折構造に合併されると共に、第二及び第四の回折構造が、第二の複合の回折構造に合併され、第一及び第二の複合の回折構造がそれぞれ一つの透明体の入射面及び射出面に配置されることを特徴とする。
【００３０】
代替の走査デバイスは、ここでさらなる統合が実施されたきており、ここでビーム整形器が円筒状の入射面及び環状の射出面を有するレンズ素子であり、第一の回折構造が、円筒状の入射面に配置されると共に、第二の回折構造が、環状の射出面に配置されることを特徴とする。
【００３１】
このビーム整形器で、ＨＤビーム及びＬＤビームの両方が整形される。二波長レーザーの二つの放出する素子を、ビーム整形器に関して正確に位置決めするべきである。これらの素子の第一を位置決めした後、第二の素子を、二波長レーザーのハウジングを回転させることによって、位置決めすることができる。
【００３２】
本発明のこれら及び他の態様は、以後に記載されると共に添付する図面に説明される実施例を参照した例から明白であり、またその例によって解明されるだろう。
【００３３】
これらの図においては、同一の素子は、同じ引用符によって表示される。
【００３４】
図１は、短い波長で第一のタイプの記録担体を読み取る及びもしかすると書き込むための第一の光路、並びに長い波長での第二のタイプの記録担体の読み取り及び書き込み用の第二の光路を有する走査デバイスを示す。第一のタイプの記録担体は、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）及び第一の波長、例えば６５０ｎｍ、であってもよいのに対して、第二のタイプの記録担体は、書き込み可能なコンパクトディスク（ＣＤＷ）及び第一の波長、例えば７８０ｎｍ、であってもよい。第一の光路は、第一の波長の発散する放射ビーム２、ＨＤビームを放射する放射源１、例えば半導体即ちダイオードレーザーを含む。半透明ミラー４は、二色性ビームスプリッター６に向かうビーム２の一部分を反射する。必要であるときには、回折格子３を、ダイオードレーザー１と鏡４との間に配置してもよく、その格子は、二つの回折されるビーム及び回折されないビームを形成する。回折されたビームは、トラッキングの目的のために使用される。図は、明瞭のために回折されないビームのみを示す。簡潔に放射ビームと呼ばれる三つの放射ビームは、第一の波長に対して高い透過性を有すると共にビーム２を低い減衰で通過させる二色性ビームスプリッター６に向って、半透明ミラー３によって反射される。反射器８は、発散するビーム２を平行なビーム１２へ変換するコリメーターレンズ１０に向って、ビーム２を反射する。このビームは、平行なビーム１２を、記録担体１８を走査するための収束するビーム１６に変化させる、対物レンズ系１４を通過する。対物レンズ系は、単一の光学素子から成っていてもよいが、しかし、それは、図に示すように、二又はそれ以上の光学素子を含んでもよい。記録担体は、第一の高密度タイプであり、例えば０．６ｍｍの厚さを有する透明層１９、及び情報層２０を含み、収束するビーム１６は、その情報層上の焦点又は走査スポット２１に来る。情報層２０から反射された放射は、ビーム１６及び１２の光路に沿って戻り、コリメーターレンズ１０によって収束される。反射されたビームは、二色性ビームスプリッター６及びビームスプリッター４を通過して、検出系２３の検出器スポット２４へ収束する。この系は、ビームを電気的な検出器信号へ変換する。情報層２０に蓄積された情報を表す情報信号、並びに情報層２０に垂直な方向で（焦点制御）及びトラック方向に垂直な方向で（トラッキング制御）焦点２１を位置決めする制御信号を、検出器信号から導出することができる。
【００３５】
焦点制御信号は、いわゆる非点収差の方法によって発生させることができる。ビームスプリッター４を、反射されると共に収束されるビームの主光線に対して鋭角で位置決めすると、このビームスプリッターは、このビームに非点収差を導入する。検出系は、四分円検出器を含み、それによって検出系の平面における非点収差のビームの断面の形状を検出することができる。この形状は、情報層２０に対する焦点２１の位置によって決定される。レンズ２５を、ビームスプリッター４と検出系との間に配置してもよい。このレンズは、検出系側に球面の凹面２５を有してもよく、そのレンズを、ビームの焦点を設定するために、負のサーボレンズとして使用してもよい。これは、光軸に沿ってこのレンズをシフトすることによって実現され得る。ビームスプリッター側におけるレンズ２５の表面２７を円筒状に成形してもよいので、このレンズは、また円筒状レンズの機能も有する。斜めのビームスプリッター４によって導入される非点収差がとても小さいとすれば、この機能を使用することができる。また、レンズ２５が負レンズのみ又は円筒状レンズのみであることも可能である。必要であれば、ビームスプリッター４によって導入されるコマに関して補正する素子を、このようなレンズの代わりに、又はそのようなレンズに加えて、配置してもよい。
【００３６】
第二のタイプの記録担体を走査するための光路は、第二の波長、例えば７８０ｎｍの発散する放射ビーム３２、ＬＤビームを放出する放射源３１、例えば半導体レーザーを含む。格子３に類似する方法で三つのビームを形成するために、格子３３をその光路中に配置してもよい。二色性ビームスプリッター６は、ＬＤビームの放射の大部分、例えば９０％を反射すると共に、このビームの残りの放射を追加の検出器７に透過させる。フィードフォワードセンサーと呼ばれるこの検出器は、ダイオードレーザー３１からのビームの強度に比例する出力信号を供給すると共に、このビームの強度を制御するために使用され得る。ビームスプリッター６によって反射されたＬＤビームは、ＨＤビームと同じ経路をたどり、第二のタイプの記録担体３８に到着する。この記録担体は、例えば１．２ｍｍの厚さを有する透明層３９、及び情報層４０を含む。
【００３７】
記録担体１８及び３８は、半透明な情報層２０を有する単一の二層記録担体として描かれるが、しかしそれらは、また、異なる厚さの透明層を有する個別の単一の一層記録担体であってもよい。
【００３８】
ＬＤビームは、情報層４０における焦点即ち走査スポット４１にもたらされるはずである。対物系１４は、第一の組みの共役における第一のモードにおいて、ここで、源１からのＨＤビームは、情報層２０に集束され、第二の組みの共役における第二のモードにおいて、ここで、源３１からのＬＤビームは、情報層４０に集束され、動作するために設計される。情報層４０から反射された放射は、ＬＤビームの経路に沿って記録担体３８に戻る。反射された放射をさらなる検出系（示さず）に向けて反射するために、さらなるビームスプリッター（示さず）を、二色性ビームスプリッター６と回折格子との間に配置してもよい。ＬＤビームのためのこの検出系は、ＨＤビームのための検出系２３と同じ機能を有する。好ましくは、ビームスプリッター６を通過する反射されたＬＤビームの放射は、この反射されたビームの放射の合計の例えば１０％であると共に、検出系２３に入射するが、情報層４０における走査スポット４１の位置の読み取り及び制御に使用される。このように、第二の検出系は、もはや必要とされず、走査デバイスは、単純化される。必要であれば、検出系に入射するＬＤビームの強度を、ビームスプリッター６にいくらかの偏光感度を加えることによって、及びこのビームスプリッターと対物系との間、好ましくはコリメーターレンズと対物系との間におけるＬＤビームの経路中に四分の一波長板１５を配置することによって、増加させることができる。記録担体３８からの途中及びそれへの途中で、ＬＤビームはこの板を二回通過するので、その偏光方向は、ダイオードレーザー３１からのＬＤビームの偏光方向に対して９０°回転する。この偏光の回転によって、記録担体３８によって反射されたＬＤビームのより多くの部分が、ビームスプリッター６を通過すると同時に、情報層４０に入射するＬＤビームの強度は減少しない。
【００３９】
対物系１４は、第一の波長の平行なＨＤビーム１２を、透明層１９を通じて情報層２０における焦点２１へ収束するために、第一のモードに対して設計される。透明層１９を通過することにおいて収束するビーム１６によって招かれる球面収差は、対物系１４において補償される。対物系は正弦条件に従う。実施例において透明層１９が存在しないとすれば、対物系を球面収差に対して補償するべきではない。第二のモードにおいて、ＬＤビームは、透明層１９のものと異なる厚さを有する透明層３９を通過する。対物系は、透明層３９の厚さによって招かれる球面収差に対して補償されない。しかしながら、球面収差が主として、ＬＤビームの境界の光線が通過する、対物系の外側の環状領域によって引き起こされることは、確立されてきた。焦点４１のまわりの小さな領域において、収差を示す、収束するＬＤビームの波面は、対物の開口の中央部分においては、球状である。走査スポット４１は、対物の開口の中央部分から出る光線によって形成される大きな強度をもつ小さな中央の領域、及び、対物の開口の外側の領域から出る光線によって形成される、より小さな強度をもつ、中央領域のまわりのより大きな環状領域を含む。走査スポットの中央部分の品質は、情報層４０を走査するためには十分であり、良好な走査スポットを、このスポットを形成するための対物の開口の中央部分から出る光線のみを使用することによって、得ることができる。二色性吸収又は偏向環を、対物系の前又はその対物系に配置することができるかもしれず、その環は、ＬＤビームの放射を吸収するか又は偏向させると共にＨＤビームの放射を通過させる。そして、対物系は、ＬＤビームの中央部分のみであるが、ＨＤビーム全体を透過させる。このように、ＬＤビームの強度のかなりの部分は失われ、走査スポット４１の残りの強度は、このスポットによって情報を記録するためには小さすぎる。
【００４０】
特に第二の情報層４０に情報を記録することができるはずである互換性のある走査デバイスに関して、より良好な代替物は、図１に示すように、ＬＤビームの経路中にのみ正レンズ３４を配置することである。
このレンズは、源３１からの発散するビーム３２をあまり発散しないビーム３５へ変換すると共に、前部コリメーターレンズと呼ばれる場合もある。ＬＤビーム３５は、コリメーターレンズ１０によって、対物系の開口の中央部分のみを占めるＬＤビーム３６へ変換される。
【００４１】
二つの分離されたダイオードレーザー１及び３１、並びに二色性ビームスプリッター６をもつ図１の走査デバイスは、比較的、複雑であると共に大きい。図２に示されるように、二波長ダイオードレーザー５１を使用するとすれば、より単純でより小型の系を得ることができる。二波長ダイオードレーザーは、複合の半導体デバイスであり、それは、二つの異なる波長における放射ビーム５４、５５を放出する二つの素子５１、５２を有する。放出する素子の間の距離は、できるだけ小さいが、放射ビームの主光線は、一致しない。二つの　ビームを同軸にするために、特定の回折素子５７を、ビームの経路中に配置する。この素子は、溝と山を交互にする位相構造を有する。溝の深さは、素子がビームの一つ、例えばＬＤビーム３２に対する格子として作用するのに対して、それが他のビームに対しては透明な素子であるように選択される。格子構造は、ＬＤビームを、その主光線が結局ＨＤビームの主光線と一致するような方法で、回折するように設計される。二波長レーザー５０及び特定の回折素子５２をもつ走査デバイスは、ＪＰ−Ａ　１１−１８５２８２の英語の要約に開示される。
【００４２】
図２のデバイスにおいて、ＨＤビーム及びＬＤビームに対する個別の検出系は、必要ではない。反射されたＨＤビーム及び反射されたＬＤビームは、同じ検出系２３に入射する。これらのビームは、検出系において、それぞれ検出器スポット２４及び２４’を形成する。図２のデバイスは、高密度記録担体及び低密度記録担体の両方を読み取ることに適する。しかしながら、二つの放出する素子５１、５２が、このデバイスにおいて互いに非常に近いと、ＬＤビームの経路中にのみ正又は前部コリメーターレンズを配置することは可能ではないので、このデバイスは、情報層４０に情報を書き込むことに関してもあまり適さない。
【００４３】
本発明によれば、この問題を、二波長レーザーデバイス５０からのビームの放射経路中に第二の回折素子を配置することによって解決することができる。この第二の回折素子は、また溝と山を交互にする位相構造を有し、溝の深さは、素子がＬＤビームに対してのみ回折素子として作用をするのに対して、素子がＨＤビームに対して単なる透明な素子であるように選択される。
【００４４】
第二の回折素子は、透明な基板を含む個別の素子であってもよく、その片側には、回折構造が提供される。好ましくは、第一及び第二の回折素子は、ある一定の厚さの一つの透明な基板を含む、一つの複合の回折素子に統合され、その片側には、第一の回折構造が提供され、その反対側には、第二の回折構造が提供される。そして、デバイスにおける素子の数、及びこのデバイスを製造する費用は、減少する。それぞれ第一及び第二の回折構造に対応する内面構造を有する二つの型が使用されるとすれば、複合の回折素子を、一つのステップで、成形又は複製技術によって、比較的容易に製造することができる。
【００４５】
図３は、複合の回折素子６０の第一の実施例、並びに、二波長レーザーのそれぞれ放出する素子５１及び５２から図２のビームスプリッター４への、回折素子６０を通過する、それぞれＨＤビーム５４及びＬＤビーム５５の経路を示す。図３の中で示される放射経路部分の光軸は、ＨＤビーム５４の主光線５７と一致する。複合の回折素子は、ビーム５１及びビーム５２の二波長に透明である基板６１を含む。放出する素子５１、５２側において、基板には、ＬＤビーム５５に対して正レンズとして作用する回折構造６３、例えば、実質的に円形の溝及び山をもつフレネルレンズ構造が提供される。この回折構造は、発散するビーム５５を収束するビーム６５へ変換する。基板６１を通過した後、ＬＤビーム６５の断面は、ＨＤビーム５４のものよりも小さい。放出する素子５１、５２から離れた側で、基板６１には、収束するビーム６５を発散するビーム６６へ変換する、第二の回折構造６４が提供され、その境界の光線は、ＨＤビーム５４の対応する境界の光線と実質的に平行である。回折構造６４は、ＬＤビームに対して負レンズとして作用し、またフレネルレンズタイプの構造であってもよい。両方の回折構造６３及び６４の溝の深さは、これらの構造がＨＤビーム５４に影響しない、即ちそれらがこのビームの方向又は輻輳を変化させないように選択される。
【００４６】
回折構造６３及び６４を、ホログラムとして形成してもよい。好ましくは、これらのホログラムに対する原型の構造、即ち型を形成するために使用される構造は、それによって回折素子６０を製造するが、コンピューターで発生させた構造である。
【００４７】
図３の実施例において、平行にする構造の開口数は小さい。これは、コーティングの入射角度依存性及び公差の要求を考慮すると都合がよい。この実施例においては、ビーム６６を形成する放射は、源ビームの非対称な部分５５から生じる。これは、ビーム５５内の最大の強度を表し、点線５８によって示される。ビーム５５における非対称性によって、ビーム６６もまた、低密度情報層を読み取る及び書き込むことに関してこのビームに対して許容可能である、強度におけるいくらかの非対称性を示す場合もある。
【００４８】
しかしながら、図４に示すように、強度におけるこのような非対称性を回避することができる。この図の実施例において、複合の回折素子を去るビーム６６の放射は、放出する素子５２からのビームの対称的な部分であるビーム６５から生じる。最大の強度の線６８は、光軸５７と平行である。図４の実施例は、非対称な回折構造７３及び７４、即ち、ＬＤビームの輻輳を変化させるだけでなく光軸に関するビームの一部分を偏向させる構造も必要とする。
【００４９】
図５は、代替の実施例を示し、ここで回折素子８０は、ＬＤビームの代わりに、ＨＤビームに変化を導入する。第一の回折構造８３は、ＨＤビーム７８に対して負レンズを形成し、この発散するビームをより多く発散するビーム７６へ変換する。第二の回折構造８４側において、ＨＤビーム７６の断面は、ＬＤビーム７５のものよりも大きい。第二の回折構造は、ＨＤビーム７６をあまり発散しないビーム７７へ変換し、その境界の光線は、ＬＤビーム７５の対応する境界の光線と実質的に平行である。書き込みに対して大きな強度を有するべきであるＬＤビームに対して、図５の実施例は、このビームが、回折構造を使用するとすれば起こる場合もある回折の損失を被らないという利点を有する。このような回折の損失は、読み取りのために使用される、ＨＤビームの強度を減少させ得るのみである。
【００５０】
図５の実施例において、レンズの機能のみを有すると共にビーム７７を形成するために源５１からのビームの非対称な部分７８を選択する、単純な回折構造８３を、このビームの強度分布にいくらかの非対称性が許容可能であるとすれば、図３の実施例におけるのと同じ方法で使用してもよい。ビーム７７が対称的な強度分布を有するべきであるとすれば、源ビームの対称的な部分７８を選択する、より複雑な回折構造８３を、図４の実施例におけるのと同じ方法で使用するべきである。
【００５１】
ホログラムにおける与えられた位置でのピッチ、即ち格子周期は、その位置における放射の入射角によって決定され、このことは、ピッチが変動することを意味する。屈折のスネルの法則、格子方程式、及び走査デバイスに対する幾何学的な要求によって、次の方程式を、第一のホログラムにおける入射角の正弦（ρ）の関数として、図４のホログラムの格子ピッチＰに関して導出することができる。
【００５２】
【数１】
2004510281.tif 000003
これらの方程式において、
ｔは、基板７１の厚さであり、
λは、ＬＤビームの波長であり、
ｎは、基板７１の屈折率であり、
ｓは、レーザー素子５１と５２との間の距離であり、
ｇは、レーザーと第一のホログラム７３との間の距離であり、
ＮａＯは、コリメーターレンズ１０の入射するＬＤビームの必要とされる開口数であり、及び
Ｎａｉは、レーザー素子５２からのＬＤビームのサブビーム部分の開口数であり、そのサブビーム部分は、ＮａＯをもつビームへ変換されるべきである。
【００５３】
パラメーターｇ及びｔに対する多くの異なる値に対してＰ１（ρ）及びＰ２（ρ）の値を計算することによって、両方のホログラムに対して、
距離ｇが増加するとすれば、ピッチは増加する、
基板の厚さｔが増加するとすれば、ピッチは増加する、及び
ピッチは、ｐの与えられた値に対してゼロであり、その与えられた値は、二つのホログラムに対して異なる、ということが確立された。
【００５４】
問題なしに製造可能であるためにここで議論した種類のホログラムに関しては、ピッチは、あまり小さくないとするべきである。これは、距離ｇができるだけ小さくあるべきであり、厚さｔができるだけ大きいことを意味すると同時に、走査デバイスの他の設計パラメーターを考慮に入れるべきである。ここで議論した走査デバイスに対して、ｇ及びｔに適する値は、
【００５５】
【数２】
2004510281.tif 000004
である。
走査デバイスの実際的な実施例に対しては、距離ｇ＝２ｍｍ及び厚さｔ＝３ｍｍが、好適な値である。これらの値に対して、及びｎ＝１．５及びｓ＝０．１ｍｍに対して、境界の光線が入射する位置でのピッチの値Ｐ（＋Ｎａｉ）及びＰ（−Ｎａｉ）、並びに第一のホログラムによって獲得される、ＬＤビームの主光線が入射する位置でのピッチの値Ｐ（０）は、以下に与えられる。
【００５６】
【数３】
2004510281.tif 000005
ρの他の値に対する、従ってホログラムの他の位置に入射する他の角度に対するピッチを、図６から取得することができる。ρの関数としてのＰ１及びＰ２の変動は、この図の、それぞれ曲線９０及び９１によって表わされる。格子周波数、したがって単位長さ（μｍ）当たりの格子の溝の数、Ｑ１＝１／Ｐ１及びＱ２＝１／Ｐ２の対応する変動を、それぞれ曲線９３及び９４によって図７に示す。
【００５７】
上記のパラメーター値を有する、第一のホログラム７３及び第二のホログラム７４を、それぞれ図８及び図９に示す。ホログラム７３及び７４の格子の溝を、それぞれ、９５及び９７によって示すと共に、これらの溝の間の山を、それぞれ９６及び９８によって示す。これらの図は、明らかに格子ピッチの変動を示す。
【００５８】
温度特性の計算は、より小さな距離ｇ及びより大きな厚さｔが、温度の関数としてデフォーカスすることを考慮して、好都合であることを示す。既に述べたように、ホログラムの溝の深さｄは、これらの溝が、ビームの一方、図４におけるＨＤビームにおいて、Ｎ．２πｒａｄの位相シフト、及び他方のＬＤビームにおいて（２Ｎ＋１）πｒａｄの位相シフトを導入するようなものであるべきである。ホログラムが、後者のビームに最大の効果を有すると同時に、それらは、前者のビームに対しては目に見えない。波長λをもつビームにおけるホログラム格子によって導入される位相シフト
【００５９】
【外１】
2004510281.tif 000006
は、
【００６０】
【数４】
2004510281.tif 000007
によって与えられる。図１０は、λ＝６５５ｎｍ（曲線１００）をもつＨＤビームに対して、及びλ＝７８５ｎｍ（曲線１０１）をもつＬＤビームに対して、溝の深さｄの関数として位相シフトを示す。位相シフト
【００６１】
【外２】
2004510281.tif 000008
に対する単位は、２πである。ｄ＝３．９μｍが、ＨＤビームに対する位相シフトがπｒａｄの偶数であると共にＬＤビームに対してはπｒａｄの奇数である、第一の深さであることは、図１０から導出することができる。また、ＬＤビームに対する位相シフトは、ｄ＝２．３μｍに対しては、πの奇数、即ち３π、ｒａｄである。そして、ＨＤビームに対する位相シフトは、必ずしも正確にπｒａｄの偶数ではないが、しかし、複数の状況下では、ｄのこの値は、使用可能である場合もある。２．３μｍの溝の深さをもつホログラフィーの格子を製造することは、３．９μｍの溝の深さをもつ格子よりも容易である。図５の実施例において、ＨＤビームに対する位相シフトは、πの奇数ｒａｄであるべきであり、ＬＤビームに対する位相シフトは、πの偶数ｒａｄであるべきである。この場合に対する第一の溝の深さは、ｄ＝４．７μｍである。また、ｄ＝３．３μｍに対して、ＨＤビームに対する位相シフトは、πの奇数ｒａｄであり、ＬＤビームに対する位相シフトは、πの偶数ｒａｄに近いので、この深さもまた使用可能である場合もある。
【００６２】
好ましくは、ホログラフィーの格子は、第一の回折次数に対してブレーズ化される。これは、最大の量の放射が第一の次数の一つで、及び最小量が他の次数で、回折されるように、溝の壁を傾斜させることを意味する。
第一の回折次数に対するブレーズ角θは、
【００６３】
【数５】
2004510281.tif 000009
によって与えられる。ピッチＰがホログラムにわたって変動すると、複数のピッチもまたホログラムにわたって変動する。図４の実施例において、第一のホログラムにおけるブレーズ角は、＋１９．９０から００を介して−８．１０まで変動する。
【００６４】
図１１は、互換性のある走査デバイスを示し、ここで本発明は、実施されたきた。このデバイスは、前述したように、単一の回折素子５７が、複合の回折素子６０、又は７０、又は８０によって交換されてきたという点で図２のものと異なるので、レンズは、効果的に、ＬＤビームの経路のみ、又はＨＤビームの経路のみに導入される。このレンズによって、ＬＤビーム６６、又は６７、又は７５が、対物系１４の開口でＨＤビームよりも小さな断面を有すると同時に、ＬＤビームが、情報層４０に情報を書き込むのに十分なエネルギーを有することが保証される。好ましくは、回折素子は、ビームの断面がまだ小さく従って二波長ダイオードレーザーに近い位置に、配置される。このデバイスにおいて、反射されたＨＤビーム及び反射されたＬＤビームの両方に対して一つの検出系２３を使用し、そのビームは、それぞれ検出器スポット２４及び２４’を形成する。これらのスポットは、検出系において正確に一致するべきである。これは、Ｘ、Ｙ、又はＺ方向において複合の回折素子６０、又は７０、又は８０を調節することによって、達成され得る。
【００６５】
走査デバイスにおいて、ここでダイオードレーザーを放射源として使用するが、いわゆるビーム整形器を、走査ビームの縁の強度を増加させるために、ダイオードレーザーの近くに配置することができる。ダイオードレーザーは、ビームを放射し、側平面として知られているその活性層と平行な平面におけるそのビームの開口角は、横断平面として知られている活性層に垂直な平面における開口角よりも小さい。ダイオードレーザーからいくらかの距離で、いわゆるダイオードレーザーの遠距離場において、このようなダイオードレーザーのビームは、楕円形の断面を有する。情報層を走査するための走査デバイスにおいて、丸くて小さい、好ましくは回折限界の走査スポットを使用するべきである。このために、対物系を、それによって走査スポットが形成されるが、円形の断面を有する放射ビームで占めなければならない。対物系を、楕円形の断面を有するダイオードレーザーのビームによって照射するとすれば、対物系の入射側の開口の寸法は、楕円の小さい軸の方向において開口を占めると同時に、楕円の長い軸の方向においてある量の放射が開口の外側に漏れ出ることになるようなものであるべきである。
このような放射の損失を、ダイオードレーザーと対物系との間に、楕円形のビームを丸いビームへ変換する、ビーム整形器を配置することによって、回避することができる。魅力的なビーム整形器は、ＵＳ−Ａ５，４６７，３３５に開示されている。図１２は、円筒状の入射面１１２及び環状の射出面１１３を有するレンズ素子であって、ダイオードレーザー１２０の近くに配置されすることができる、このビーム整形器１１０を示す。このレーザーは、ストリップ形状の活性層１２２のみが示されている、複数の異なってドープした層を含む。このストリップは、二つの半透明な鏡面１２３及び１２４によって境界を付けられるので、電流源１２９からの電流がレーザーを通過するとき発生するレーザー放射は、活性なストリップ２を去ることができる。活性なストリップ１２２及び前面４の座標ＸＹＺの三軸系のＸＹ平面における断面は、長方形である。この形によって、ダイオードレーザーによって放出されるビームは、対称ではないが、活性なストリップ１２２と平行なＸＺ平面、即ち側平面における開口角β１を有し、その開口角は、ＹＺ平面、即ち横断平面における開口角β２よりも小さい。側平面におけるレーザービームの境界の光線は、引用符１２５及び１２６によって表示され、横断平面におけるものは、引用符１２７及び１２８によって表示される。入射面１１２は、円筒の一部の形状を有し、その円筒状の軸は、Ｙ軸と平行である。ＹＺ平面における光線に対して、入射面は、例えば、空気と例えばｎの屈折率を有するレンズ媒体との間の平坦なインターフェースであるので、これらの光線を、ｎによって決定される程度まで、Ｚ軸に向って偏向させる。言いかえれば、縮小である、１／ｎの角倍率が入射面１１２でＹＺ平面で起こる。ＸＺ平面において、入射面１１２は、曲率Ｒを有し、この面は、ｎの角倍率を導入する。ビーム整形器１１０の射出面１１３は、横断平面においてこのような曲率半径Ｒ１を有すると共に、その曲率中心がレーザー面１２４の表面１１２によって形成される像と実質的に一致するようなＺの位置に配置される。表面１１３は、屈折しない形式で横断平面において光線を透過させ、この平面における角倍率は、実質的に一に等しい。側平面においては、射出面は、その曲率中心が表面１１２によって形成されるレーザー面１２４の中心の虚像と一致するような、曲率半径Ｒを有するので、この平面における角倍率は、おおよそ一である。入射面１１２によって形成される二つの虚像がＺ軸に沿って異なる位置に位置するので、射出面１１３は、これらの像一つの像に結合するために、わずかに環状の形状を有するべきである。環状は、側平面における表面の曲率半径が、横断平面におけるのものと異なることを意味することが理解される。これは、射出面の共平面でない周辺の曲線によって、図１２に示される。図１２のビーム整形器のさらなる詳細及び実施例に関しては、ＵＳ−Ａ５，４６７，３３５が参照される。
【００６６】
二波長レーザーダイオードを含む本発明の走査デバイスには、ビーム整形器を提供してもよい。ＵＳ−Ａ５，４６７，３３５に記述されているもののようなビーム整形器を使用するとすれば、ＨＤビーム及びＬＤビームの両方が整形される。ＨＤビームが情報を書き込むために十分な強度を有するべきであるとすれば、好ましくは、ＨＤビームのみを整形する回折ビーム整形器を使用する。回折ビーム整形器には、その入射及び射出面に回折構造が提供される。これらの回折構造は、レンズビーム整形器のレンズの機能を実行する。ビームを整形する回折素子を、前述の複合の回折素子、例えば素子６０と統合してもよい。このような統合された回折素子の入射面における複合の回折構造は、回折構造６３及びビーム整形に必要とされる回折構造の重ね合せであり、射出面における複合の回折構造は、回折構造６４及びビーム整形に必要とされる回折構造の重ね合せである。また、このようなビームを整形する回折構造との統合も、前述した他の複合の回折素子７０及び８０に対して可能である。また、回折素子６０、７０、又は８０の二つの回折構造を、図１２に示すレンズビーム整形器のそれぞれ入射面１１２及び射出面１１３と統合することも可能である。次に、これらの表面の各々に、ホログラフィーの回折構造、例えば、図８及び９に示す構造の変形を、提供する。二波長ダイオードレーザーの二つの放出する素子を、統合されたレンズビーム整形器に関して正確に位置決めするべきである。これらの素子の第一の一つを位置決めした後、第二の素子を、二波長レーザーのハウジングを回転させることによって位置決めすることができる。また、回折素子６０、若しくは７０、若しくは８０、又は、その変形を、図１２に示すものと異なるタイプのビーム整形器と統合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＬＤビームの経路中に二つのダイオードレーザー及びの前部コリメーターレンズを含む互換性のある走査デバイスを示す。
【図２】
二波長ダイオードレーザー並びにＨＤ及びＬＤビームを結合するための回折素子をもつ互換性のある走査デバイスを示す。
【図３】
複合の回折素子の第一の実施例、並びにＬＤ及びＨＤビームにおけるその影響を示す。
【図４】
複合の回折素子の第二の実施例、並びにＬＤ及びＨＤビームにおけるその影響を示す。
【図５】
複合の回折素子の第三の実施例、並びにＬＤ及びＨＤビームにおけるその影響を示す。
【図６】
複合の回折素子の実施例の二つの回折構造における位置の関数としてのピッチを示す。
【図７】
これらの回折構造の周波数を示す。
【図８】
複合の回折素子の第一の回折構造の実施例の平面図である。
【図９】
複合の回折素子の第二の回折構造の実施例の平面図である。
【図１０】
回折構造の溝の深さの関数としてのＨＤビーム及びＬＤビームに導入された位相シフトを示す。
【図１１】
本発明による走査デバイスの実施例を示す。
【図１２】
走査デバイスにおける使用のためのビーム整形器の実施例を示し、その整形器は、複合の回折素子と統合されていてもよい。
【国際公開パンフレット】
2004510281.tif 000010
2004510281.tif 000011
2004510281.tif 000012
2004510281.tif 000013
2004510281.tif 000014
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2004510281.tif 000018
2004510281.tif 000019
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2004510281.tif 000021
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2004510281.tif 000037
2004510281.tif 000038
【国際調査報告】
2004510281.tif 000039
2004510281.tif 000040
2004510281.tif 000041