JPH01169738A - 光学式走査装置 - Google Patents
光学式走査装置Info
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- JPH01169738A JPH01169738A JP63292527A JP29252788A JPH01169738A JP H01169738 A JPH01169738 A JP H01169738A JP 63292527 A JP63292527 A JP 63292527A JP 29252788 A JP29252788 A JP 29252788A JP H01169738 A JPH01169738 A JP H01169738A
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- LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H lead(2+);trioxido(oxo)-$l^{5}-arsane Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 12
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
- G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、物体の表面を光学的に走査する装置であって
、放射源と、放射源から放射した放射ビームを集束させ
て物体面上に放射スポットを形成する対物レンズ系と、
対物レンズ系の焦点面と物体面との間の偏位を決定する
焦点誤差検出系とを具える光学式走査装置に関するもの
である。
、放射源と、放射源から放射した放射ビームを集束させ
て物体面上に放射スポットを形成する対物レンズ系と、
対物レンズ系の焦点面と物体面との間の偏位を決定する
焦点誤差検出系とを具える光学式走査装置に関するもの
である。
この型式の光学式走査装置は、例えば光学式記録媒体の
情報面を走査し情報が書込まれている情報面を読取ビー
ムによって読取る場合や、書込むべき情報によって強度
変調されている放射ビームにより情報面に情報を占込む
ために走査する場合に用いられる。物体の表面を走査す
る走査は、例えば物体の高さや輪郭を測定する場合にも
用いられる。
情報面を走査し情報が書込まれている情報面を読取ビー
ムによって読取る場合や、書込むべき情報によって強度
変調されている放射ビームにより情報面に情報を占込む
ために走査する場合に用いられる。物体の表面を走査す
る走査は、例えば物体の高さや輪郭を測定する場合にも
用いられる。
光学式記録媒体に情報を書込み及び／又は情報を読取る
ための光学式走査装置は、種々の文献や特許明細書に開
示されている０例えば、情報読取装置に関する米国特許
第４３５８２００号を参照されたい。
ための光学式走査装置は、種々の文献や特許明細書に開
示されている０例えば、情報読取装置に関する米国特許
第４３５８２００号を参照されたい。
大量の情報を記憶するため、光学式記録媒体の情報構造
の細部は数μＩ程度の微小な寸法とする必要があり、走
査スポットの大きさもこれらの寸法に昼過する大きさと
必要がある。このような微小な走査スポット形成するた
めには、対物レンズの開口数を比較的大きくする必要が
あり、このため対物レンズは１０μｍ程度の焦点深度を
有する必要がある。対物レンズ系と情報面との間の偏位
は、焦点誤差と称せられており、この焦点誤差は装置の
振動や記録媒体のウオツプリングによづて生じ、この偏
位は焦点深度よりも大きいため信顛性の高い情報の書込
みや読取りが不可能になってしまう。
の細部は数μＩ程度の微小な寸法とする必要があり、走
査スポットの大きさもこれらの寸法に昼過する大きさと
必要がある。このような微小な走査スポット形成するた
めには、対物レンズの開口数を比較的大きくする必要が
あり、このため対物レンズは１０μｍ程度の焦点深度を
有する必要がある。対物レンズ系と情報面との間の偏位
は、焦点誤差と称せられており、この焦点誤差は装置の
振動や記録媒体のウオツプリングによづて生じ、この偏
位は焦点深度よりも大きいため信顛性の高い情報の書込
みや読取りが不可能になってしまう。
従って、走査中に生ずる偏位を検出し、偏位に応じて例
えば対物レンズ系を変位させることにより焦点補正を行
う必要がある。
えば対物レンズ系を変位させることにより焦点補正を行
う必要がある。
米国特許第４３５８２００号の装置の実施例においては
、線形に変化する格子周期を有する回折格子が走査ビー
ムの放射光路中に配置され、この回折格子によって記録
媒体からビームを到来させると共に回折格子の焦線域を
通過させている。４個の検出器を有する放射感知検出系
がこのビームの焦線間に配置されている。対物レンズ系
に対して情報面が変化すると、検出系に形成される放射
スポットの形状が変化する。この形状変化は、検出器か
らの出力信号を補正方法に従って結合することにより検
出される。
、線形に変化する格子周期を有する回折格子が走査ビー
ムの放射光路中に配置され、この回折格子によって記録
媒体からビームを到来させると共に回折格子の焦線域を
通過させている。４個の検出器を有する放射感知検出系
がこのビームの焦線間に配置されている。対物レンズ系
に対して情報面が変化すると、検出系に形成される放射
スポットの形状が変化する。この形状変化は、検出器か
らの出力信号を補正方法に従って結合することにより検
出される。
上述した既知の装置では、特別な回折格子が必要である
。この回折格子は投影ビームの光路及び反射ビーム光路
の両方に配置されるため、光源から放射したビームの一
部だけが用いられることになる。さらに、種りの素子の
位置決め精度、特に検出器の位置決め精度に厳格な条件
が課せられている。さらに、光源から検出器に到る全光
路長が比較的大きくなってしまう。
。この回折格子は投影ビームの光路及び反射ビーム光路
の両方に配置されるため、光源から放射したビームの一
部だけが用いられることになる。さらに、種りの素子の
位置決め精度、特に検出器の位置決め精度に厳格な条件
が課せられている。さらに、光源から検出器に到る全光
路長が比較的大きくなってしまう。
従って、本発明の目的はこれらの欠点を解消し、別の原
理の焦点誤差検出を利用した光学式走査装置を提供する
ものである０本発明による光学式走査装置は、前記焦点
誤差検出系が、物体面で反射したビームの光路中で前後
に配置されている２個の回折格子を有し、第２回折格子
の格子周期が、反射ビームの公称ビーム発散度によって
決定される因子が乗算されている第１回折格子の格子周
期に等しくされ、これら回折格子の集束点が互いに平行
に配置され、第２回折格子の格子細条が第１回折格子の
格子細条と同一の方向に延在すると共に、格子ラインの
方向と直交する方向に互いに離間し、個別の検出器を有
する放射感知検出系が設けられ、この検出系の検出器間
の境界線が前記格子ラインに平行に延在することを特徴
とする。
理の焦点誤差検出を利用した光学式走査装置を提供する
ものである０本発明による光学式走査装置は、前記焦点
誤差検出系が、物体面で反射したビームの光路中で前後
に配置されている２個の回折格子を有し、第２回折格子
の格子周期が、反射ビームの公称ビーム発散度によって
決定される因子が乗算されている第１回折格子の格子周
期に等しくされ、これら回折格子の集束点が互いに平行
に配置され、第２回折格子の格子細条が第１回折格子の
格子細条と同一の方向に延在すると共に、格子ラインの
方向と直交する方向に互いに離間し、個別の検出器を有
する放射感知検出系が設けられ、この検出系の検出器間
の境界線が前記格子ラインに平行に延在することを特徴
とする。
公称ビーム発散度とは、焦点面が走査されるべき表面と
一致している場合における反射ビームの発散度を意味す
るものと理解されるべきである。
一致している場合における反射ビームの発散度を意味す
るものと理解されるべきである。
多数のサブビームが回折格子によって形成される。従っ
て、明線及び暗線から成るパターンが検出系の区域に発
生することになる。このパターンは２個の回折格子の陰
影画像が重畳したものとして考えられ、このパターンに
おいて輝度分布はほぼシヌソイド変化する。例えば対物
レンズ系と被走査面との間の距離の変化によりビームの
発１１１１度が変化すると、第１の回折格子によって形
成された投影画像が第２の回折格子に対して変化するこ
とになる。従って、明線及び暗線のパターンの輝度分布
が、例えば焦点誤差に従って変化することになる。放射
感知検出系の個別の検出器を適切に配置すると共にこれ
ら検出器からの出力信号を適切に処理することにより、
焦点誤差の大きさ及び符号を検出系の輝度パターンから
取り出すことができる。「ビーム発散度」と云う文言は
負のビーム発散、すなわちビーム集束を意味するものと
理解すべきである。第２の回折格子の格子周期は、発散
ビームに対しては第１の回折格子の格子周期よりも一層
大きくされ、また、集束ビームに対しては一層小さくす
る。平行ビームの場合には２個の回折格子は同一の格子
周期を有している。格子周期、並びに回折格子と検出系
の位置との間の距離を適切に選択することにより、検出
系の検出面において所定の回折次数のサブビームだけを
相互に干渉さ−Ｕることができる。
て、明線及び暗線から成るパターンが検出系の区域に発
生することになる。このパターンは２個の回折格子の陰
影画像が重畳したものとして考えられ、このパターンに
おいて輝度分布はほぼシヌソイド変化する。例えば対物
レンズ系と被走査面との間の距離の変化によりビームの
発１１１１度が変化すると、第１の回折格子によって形
成された投影画像が第２の回折格子に対して変化するこ
とになる。従って、明線及び暗線のパターンの輝度分布
が、例えば焦点誤差に従って変化することになる。放射
感知検出系の個別の検出器を適切に配置すると共にこれ
ら検出器からの出力信号を適切に処理することにより、
焦点誤差の大きさ及び符号を検出系の輝度パターンから
取り出すことができる。「ビーム発散度」と云う文言は
負のビーム発散、すなわちビーム集束を意味するものと
理解すべきである。第２の回折格子の格子周期は、発散
ビームに対しては第１の回折格子の格子周期よりも一層
大きくされ、また、集束ビームに対しては一層小さくす
る。平行ビームの場合には２個の回折格子は同一の格子
周期を有している。格子周期、並びに回折格子と検出系
の位置との間の距離を適切に選択することにより、検出
系の検出面において所定の回折次数のサブビームだけを
相互に干渉さ−Ｕることができる。
本発明による光学式走査装置の好適実施例は、第２の回
折格子を第１回折格子のタルボット像中に配置したこと
を特徴とする。このように構成すれば、干渉パターンの
形成において最大回折次数に亘る回折光が利用され検出
系上に再結像した後に最大のコントラストが得られる。
折格子を第１回折格子のタルボット像中に配置したこと
を特徴とする。このように構成すれば、干渉パターンの
形成において最大回折次数に亘る回折光が利用され検出
系上に再結像した後に最大のコントラストが得られる。
１９８４年に発行された゛°アプライド オプティクス
（＾ｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ） ” Ｖｏｌ、 ２
３第２２９６頁〜２２９９頁に記載されている文献“メ
ジャメント オブフエイズ オブシェクツ ユージング
ザ タルボッ１− エフェクト アンド モアレ テ
クニークス（ＭｃａｓｕｒｅｍｅｎＬ ｏｆ Ｐｈａｓ
ｅ ０ｂｊｅｃｔｓ ｕｓｉｎｇ ｔｔ＋ｅＴａｌｂｏ
ｔ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｍｏ１ｒｅ ｔｅｃｈｉｑ
ｕｅｓ）”に記述されているように、周！１．ＩＩ Ｐ
の回折格子に単色平面波を照射することにより形成され
るタルボット像は、この回折格子から距離Ｚｋの位置に
形成される。
（＾ｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ） ” Ｖｏｌ、 ２
３第２２９６頁〜２２９９頁に記載されている文献“メ
ジャメント オブフエイズ オブシェクツ ユージング
ザ タルボッ１− エフェクト アンド モアレ テ
クニークス（ＭｃａｓｕｒｅｍｅｎＬ ｏｆ Ｐｈａｓ
ｅ ０ｂｊｅｃｔｓ ｕｓｉｎｇ ｔｔ＋ｅＴａｌｂｏ
ｔ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｍｏ１ｒｅ ｔｅｃｈｉｑ
ｕｅｓ）”に記述されているように、周！１．ＩＩ Ｐ
の回折格子に単色平面波を照射することにより形成され
るタルボット像は、この回折格子から距離Ｚｋの位置に
形成される。
ここで、Ｚ、＝２・ｋ −Ｐ” ／λであり、ｋは整数
、λは用いた放射光の波長である。ｋ＝１の位置に第１
のタルボット像が発生ずる。ｋが１７２の奇数倍の場合
にもタルボット像が発生するが、明線と暗線とが相互変
化する。
、λは用いた放射光の波長である。ｋ＝１の位置に第１
のタルボット像が発生ずる。ｋが１７２の奇数倍の場合
にもタルボット像が発生するが、明線と暗線とが相互変
化する。
上述した文献による装置においては、レンズの焦点距離
を測定するために第１の回折格子及び第１の回折格子の
タルボット像中に配置されている第２の回折格子が用い
られる。上記装置において、２個の回折格子の格子ライ
ンは互いに直角方向に延在している。また、レンズ系の
焦点面と反射面との間の偏位が決定されるように構成さ
れている。
を測定するために第１の回折格子及び第１の回折格子の
タルボット像中に配置されている第２の回折格子が用い
られる。上記装置において、２個の回折格子の格子ライ
ンは互いに直角方向に延在している。また、レンズ系の
焦点面と反射面との間の偏位が決定されるように構成さ
れている。
すなわち、目視観察するため２個の回折格子によって形
成されたパターンはつや消しガラス板上に投影され、個
別の検出器を有する放射感知検出系によって測定されて
はいない。従って、上記文献は、レプリカ技術によって
低コストで大量生産できる２個の回折格子を有し光学式
記録媒体の情報を読取り及び／又は書込む装置のように
大量生産に用いられるのに極めて好適なシステムを具現
化できる発明概念を開示したものではない。さらに、上
記文献に示されているシステムは、対物系レンズの非対
称誤差（コマ収差のような）に敏感であり、格子ライン
方向を中心とする回折格子の傾きに対しても敏感である
。このため、この既知のシステムを光学式記録体の情報
を読取り又は情報を凹込む走査装置に用いれば、走査中
に走査装置の向き及び追従されるべきトラックの方向が
互いに変化すると焦点誤差信号とトラッキング誤差信号
との間でクロストークが生ずるおそれがある。このよう
な問題は、例えば走査装置が回動アームに吊り下げられ
ている場合によく発生する。
成されたパターンはつや消しガラス板上に投影され、個
別の検出器を有する放射感知検出系によって測定されて
はいない。従って、上記文献は、レプリカ技術によって
低コストで大量生産できる２個の回折格子を有し光学式
記録媒体の情報を読取り及び／又は書込む装置のように
大量生産に用いられるのに極めて好適なシステムを具現
化できる発明概念を開示したものではない。さらに、上
記文献に示されているシステムは、対物系レンズの非対
称誤差（コマ収差のような）に敏感であり、格子ライン
方向を中心とする回折格子の傾きに対しても敏感である
。このため、この既知のシステムを光学式記録体の情報
を読取り又は情報を凹込む走査装置に用いれば、走査中
に走査装置の向き及び追従されるべきトラックの方向が
互いに変化すると焦点誤差信号とトラッキング誤差信号
との間でクロストークが生ずるおそれがある。このよう
な問題は、例えば走査装置が回動アームに吊り下げられ
ている場合によく発生する。
本発明による光学式走査装置の最大の感度が得られる実
施例は、前記第２回折格子の格子ラインが、第１回折格
子の格子ラインの投影性に対して格子周１υ１の１／４
以上偏位していることを特徴とする。２個の回折格子を
このように位置決めすると、輝度分布の勾配が可能な限
り大きくなる。
施例は、前記第２回折格子の格子ラインが、第１回折格
子の格子ラインの投影性に対して格子周１υ１の１／４
以上偏位していることを特徴とする。２個の回折格子を
このように位置決めすると、輝度分布の勾配が可能な限
り大きくなる。
本発明による光学式走査装置の利点は、検出系を第２の
回折格子に接近して配置できるので、放射光路長を短く
することができる。従っ°ζ、この利点を達成し得る光
学式走査装置は、第２の回折格子を放射感知検出系に対
して対向配置することを特徴とする。
回折格子に接近して配置できるので、放射光路長を短く
することができる。従っ°ζ、この利点を達成し得る光
学式走査装置は、第２の回折格子を放射感知検出系に対
して対向配置することを特徴とする。
本発明による光学式走査装置の別の実施例は、放射感知
検出系が格子状検出系として形成されていることを特徴
とする。この実施例においては、必要な素子の数が低減
され最小になり、同様に組立中の整列段の数も最小にな
る。回折格子と検出系とを組合せたものとしてダイオー
ドアレイを川いれば、装置の許容範囲を極めて大きくす
ることができる。ダイオードアレイは各素子を個別に読
出すことができるからである。
検出系が格子状検出系として形成されていることを特徴
とする。この実施例においては、必要な素子の数が低減
され最小になり、同様に組立中の整列段の数も最小にな
る。回折格子と検出系とを組合せたものとしてダイオー
ドアレイを川いれば、装置の許容範囲を極めて大きくす
ることができる。ダイオードアレイは各素子を個別に読
出すことができるからである。
以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。
第１図は円形ディスク状記録媒体１を径方向断面図とし
て示す、情報構造は反射性情報面２内に位置する情報ト
ラック３により示される。情報トラック３は例えば図示
しない多数の情報区域を有し、これら情報区域は中間区
域と交互に形成されている。記録媒体１は、例えばＡｊ
！ＧａＡｓレーザのような半導体レーザで構成される放
射源６から放射した読取ビームｂによって走査される。
て示す、情報構造は反射性情報面２内に位置する情報ト
ラック３により示される。情報トラック３は例えば図示
しない多数の情報区域を有し、これら情報区域は中間区
域と交互に形成されている。記録媒体１は、例えばＡｊ
！ＧａＡｓレーザのような半導体レーザで構成される放
射源６から放射した読取ビームｂによって走査される。
読取ビームｂの一部はビームスプリッタ８によって記録
媒体１に向けて反射する。読取ビームｂは、簡略するた
め単一レンズとして図示した対物レンズ系１０によって
集束され、情報面２上に読取スポット■を形成する。放
射源６とビームスプリッタ８との間にコリメータレンズ
７を配置し、このコリメータレンズにより発散ビームを
、対物レンズ系の瞳を適切に満たすような断面を有する
平行ビームに変換し、読取スポットＶを最小の寸法にす
る。
媒体１に向けて反射する。読取ビームｂは、簡略するた
め単一レンズとして図示した対物レンズ系１０によって
集束され、情報面２上に読取スポット■を形成する。放
射源６とビームスプリッタ８との間にコリメータレンズ
７を配置し、このコリメータレンズにより発散ビームを
、対物レンズ系の瞳を適切に満たすような断面を有する
平行ビームに変換し、読取スポットＶを最小の寸法にす
る。
読取ビー・ムは情報面２で反射され、記録媒体１がモー
タ４により駆動される軸５によって回転されると読取ビ
ームは読取るべきトラックに記録されている情報に従っ
て変調されることになる。変調反射ビームの一部は放射
感知検出系１２に入射し、この放射感知検出系により読
取った情報を表わす電気信号に変換される。
タ４により駆動される軸５によって回転されると読取ビ
ームは読取るべきトラックに記録されている情報に従っ
て変調されることになる。変調反射ビームの一部は放射
感知検出系１２に入射し、この放射感知検出系により読
取った情報を表わす電気信号に変換される。
ビームスプリッタ８はハーフミラ−又は半透過性分離ブ
リズノ、で構成することができる。放射）置火を最小に
するためには、ビームスプリッタとして偏光感知分離プ
リズムを用いるのが望ましい。
リズノ、で構成することができる。放射）置火を最小に
するためには、ビームスプリッタとして偏光感知分離プ
リズムを用いるのが望ましい。
λ／４板１板金３は使用ビームの波長を示す）を分離プ
リズムと記録媒体との間の光路中に配置する。
リズムと記録媒体との間の光路中に配置する。
ビームｂはλ／４板１板金３回通過するので、ビームの
偏光方向は１８０°に亘って回転し、最初分離プリズム
８でほぼ完全に反射したビームは記録媒体１で反射後分
離プリズムを透過することになる。
偏光方向は１８０°に亘って回転し、最初分離プリズム
８でほぼ完全に反射したビームは記録媒体１で反射後分
離プリズムを透過することになる。
対物レンズ系１０の焦点面と情報面２との間で発生する
偏位を検出するため、ビームスプリッタ８と放射感知検
出系１２との間に２個の回折格子Ｒ１及びＲ２を配置す
る。ビームｂが平行な本例では、これら回折格子は同一
の格子周期を有することが望ましい。２個の回折格子の
格子細条は互いに平行に延在すると共に読取るべきトラ
ックの方向とほぼ直交するように位置する。
偏位を検出するため、ビームスプリッタ８と放射感知検
出系１２との間に２個の回折格子Ｒ１及びＲ２を配置す
る。ビームｂが平行な本例では、これら回折格子は同一
の格子周期を有することが望ましい。２個の回折格子の
格子細条は互いに平行に延在すると共に読取るべきトラ
ックの方向とほぼ直交するように位置する。
第２図は第１の回折格子Ｒ＋を断面として示す。
本図において、Ｚは光軸方向である。格子細条Ｓ３１．
は紙面と直交する方向すなわらｙ方向に延在し、一方Ｘ
方向は周期振幅方向すなわち回折格子の位相変化方向で
ある。回折格子に平面波の波面を有する単色ビームが入
射すると、回折格子からＺ、＝２・ｋ−ｒ”／λで与え
られる距離Ｚｋだけ離れた位置に回折格子のタブレット
像が形成される。ここで、ｋは整数（本例の場合１）、
Ｐは格子周期、λは入射ビームの波長である。回折格子
のタブレット像は第２図においてＲ，ｌとして示され、
入射したビームが平行な場合回折格子Ｒ３と同一の周期
を有している。ｋを整数とする代わりに、１／２の奇数
倍とすることができる。形成された格子像中の明線と暗
線とは相互に入れ代わることになる。
は紙面と直交する方向すなわらｙ方向に延在し、一方Ｘ
方向は周期振幅方向すなわち回折格子の位相変化方向で
ある。回折格子に平面波の波面を有する単色ビームが入
射すると、回折格子からＺ、＝２・ｋ−ｒ”／λで与え
られる距離Ｚｋだけ離れた位置に回折格子のタブレット
像が形成される。ここで、ｋは整数（本例の場合１）、
Ｐは格子周期、λは入射ビームの波長である。回折格子
のタブレット像は第２図においてＲ，ｌとして示され、
入射したビームが平行な場合回折格子Ｒ３と同一の周期
を有している。ｋを整数とする代わりに、１／２の奇数
倍とすることができる。形成された格子像中の明線と暗
線とは相互に入れ代わることになる。
第２の回折格子Ｒ２は例えば第１の回折格子Ｒ２と同一
の格子周期を有すると共に回折格子Ｒ＋の格子細条と平
行なｙ方向に延在する格子細条を有しており、この第２
の回折格子Ｒ２を格子像Ｉ？１′の形成位置に配置する
。従って、明線及びｌａ線のパターンは回折格子Ｒ２の
背後に発生ずる。格子ライン方向と直交する方向におけ
るパターンの強度分布は１次のコサイン状をなし、この
１次近似は以下の式で表わすことができる。
の格子周期を有すると共に回折格子Ｒ＋の格子細条と平
行なｙ方向に延在する格子細条を有しており、この第２
の回折格子Ｒ２を格子像Ｉ？１′の形成位置に配置する
。従って、明線及びｌａ線のパターンは回折格子Ｒ２の
背後に発生ずる。格子ライン方向と直交する方向におけ
るパターンの強度分布は１次のコサイン状をなし、この
１次近似は以下の式で表わすことができる。
１（ｘ） ＝ １ ＋ｃｏｓ （（ΔＭｘ十ｘｏ）
・２ π／Ｐｉここで、ΔＭは第１回折格子の投影
像の周期と第２回折格子の周１υ１の相対的な差であり
、ｘｏは２個の回折格子間の偏位であり、Ｐは第２回折
格子の周期である。第３ａ図、第３ｂ図及び第３ｃ図を
参照すれば理解できるように、周１１ＪＪの相対的な差
ΔＭは回折格子＋１．の投影された格子像Ｒ，ｌ と回
折（δ子Ｒ２との間の周）すｊの差となる。ΔＭは物体
面と対物レンズ系１０との間の距離ΔＺに対して次の関
係にある。
・２ π／Ｐｉここで、ΔＭは第１回折格子の投影
像の周期と第２回折格子の周１υ１の相対的な差であり
、ｘｏは２個の回折格子間の偏位であり、Ｐは第２回折
格子の周期である。第３ａ図、第３ｂ図及び第３ｃ図を
参照すれば理解できるように、周１１ＪＪの相対的な差
ΔＭは回折格子＋１．の投影された格子像Ｒ，ｌ と回
折（δ子Ｒ２との間の周）すｊの差となる。ΔＭは物体
面と対物レンズ系１０との間の距離ΔＺに対して次の関
係にある。
ΔＭ＝ｔ・Δｚ／ｆ”
ここで、ｔは２個の回折格子間距離であり、Δ２は焦点
誤差であり、ｆは対物レンズ系の焦点距離である。
誤差であり、ｆは対物レンズ系の焦点距離である。
情報面２が対物レンズ系１０の焦点面と一致している場
合、走査すべき情報面からのビームは対物ビーム系ｌＯ
を通過した後平行ビームとなり、このビームは回折格子
１？、に垂直に入射する。よって、タルボット像Ｒ，／
の格子周期は第１の回折格子Ｒ。
合、走査すべき情報面からのビームは対物ビーム系ｌＯ
を通過した後平行ビームとなり、このビームは回折格子
１？、に垂直に入射する。よって、タルボット像Ｒ，／
の格子周期は第１の回折格子Ｒ。
の格子周回に等しくなり、格子像の周期と第２の回折格
子Ｒ１の周期との相対的な差ΔＭは零になる。
子Ｒ１の周期との相対的な差ΔＭは零になる。
情報面２と焦点面との間に距離の偏位がある場合、第１
の回折格子Ｒ３に入射するビームは距離の偏位が大きく
なる程集束ビームとなり、距離の偏位が小さくなる程発
散ビームとなる。従って、格子周期の相対的な差ΔＭは
それぞれ正又は負となる。
の回折格子Ｒ３に入射するビームは距離の偏位が大きく
なる程集束ビームとなり、距離の偏位が小さくなる程発
散ビームとなる。従って、格子周期の相対的な差ΔＭは
それぞれ正又は負となる。
Ｘの絶対値が小さい場合、Ｘの正又は負の値に対して放
射強度１ （ｘ）は増加又は減少する。放射強度の変化
の符号及びその範囲は、ΔＭに依存するだけでなく２個
の回折格子Ｒ＋とＲ２との間のオフセット×。にも依存
して増加し又は減少する。変化の範囲は、オフセットｘ
０の大きさが格子周期の１７４又は３／４に等しい場合
に最大となる。
射強度１ （ｘ）は増加又は減少する。放射強度の変化
の符号及びその範囲は、ΔＭに依存するだけでなく２個
の回折格子Ｒ＋とＲ２との間のオフセット×。にも依存
して増加し又は減少する。変化の範囲は、オフセットｘ
０の大きさが格子周期の１７４又は３／４に等しい場合
に最大となる。
第４図は焦点誤差に起因する強度変化を決定し得る検出
系を示す。この検出系は２個の検出器り及びＤ′を有し
ている。これら検出器中に入射ビームの瞳Ｐを示す。２
個の検出器の境界線を座標軸ｙで示し、この境界線はｘ
＝０に位置する。この境界線は回折格子Ｒ１とＲ１の格
子ラインに平行に延在する。２個の検出器り及びＤ′の
出力信号を記号Ｓ及びＳ′でそれぞれ表わすと、焦点誤
差信号は２個の信号間の差ｓ−ｓ’で与えられる。本発
明によれば、８００ｎｍの放射光により光学式記録媒体
を走査する装置は、例えば互いに２ｍ１１１の距離だけ
離れて配置されたそれぞれ４０μｍの格子周期を有する
２個の回折格子で構成することができる。
系を示す。この検出系は２個の検出器り及びＤ′を有し
ている。これら検出器中に入射ビームの瞳Ｐを示す。２
個の検出器の境界線を座標軸ｙで示し、この境界線はｘ
＝０に位置する。この境界線は回折格子Ｒ１とＲ１の格
子ラインに平行に延在する。２個の検出器り及びＤ′の
出力信号を記号Ｓ及びＳ′でそれぞれ表わすと、焦点誤
差信号は２個の信号間の差ｓ−ｓ’で与えられる。本発
明によれば、８００ｎｍの放射光により光学式記録媒体
を走査する装置は、例えば互いに２ｍ１１１の距離だけ
離れて配置されたそれぞれ４０μｍの格子周期を有する
２個の回折格子で構成することができる。
８００ｎｍの放射光の場合この２ ｍｍの距離はに＝１
／２のタルボット像に相当する。それぞれ２×４Ｍの面
積の２個の検出器は組合されて面積が４Ｘ４ａｕ＋＋の
検出系を構成し、この検出系を対物レンズの瞳に配置す
る。尚、対物レンズは焦点距離が４胴で開口数が０．５
とする。
／２のタルボット像に相当する。それぞれ２×４Ｍの面
積の２個の検出器は組合されて面積が４Ｘ４ａｕ＋＋の
検出系を構成し、この検出系を対物レンズの瞳に配置す
る。尚、対物レンズは焦点距離が４胴で開口数が０．５
とする。
第５図は検出系の別の実施例を示す。この検出系は平面
図として示されており、７個の個別の検出器を有してい
る。検出系の中心部にＸ方向に沿って３個の検出器り、
、 Ｄ、及びり、ｌが並置され、Ｘ方向の両側に検出８
貼、０１′及びＤよ、Ｄｔ′が配置されている。検出器
り、、 Ｄ、の出力信号と検出器ＤＩ′及びり、ｌの出
力信号を結合する。焦点誤差信号は、第４図に基づいて
説明した方法と同様な方法により検出器ＤＩ＋及びＤ２
の結合された出力信号から検出器り、′、及びＤ２１の
結合された信号を減算することにより決定することがで
きる。
図として示されており、７個の個別の検出器を有してい
る。検出系の中心部にＸ方向に沿って３個の検出器り、
、 Ｄ、及びり、ｌが並置され、Ｘ方向の両側に検出８
貼、０１′及びＤよ、Ｄｔ′が配置されている。検出器
り、、 Ｄ、の出力信号と検出器ＤＩ′及びり、ｌの出
力信号を結合する。焦点誤差信号は、第４図に基づいて
説明した方法と同様な方法により検出器ＤＩ＋及びＤ２
の結合された出力信号から検出器り、′、及びＤ２１の
結合された信号を減算することにより決定することがで
きる。
同様に、検出器Ｄ３＋ ０４及びＤ４′の出力信号を結
合する。第２の回折格子Ｒ２の第１の回折格子Ｒ８のタ
ルボット像に対する種々のオフセットｘ０を上記３個の
検出器に対して選択すれば、結合出力信号の焦点誤差に
関する種りの依存性が得られる。これら２個の焦点誤差
信号を適切に結合すれば、ｙ軸を中心とする回折格子の
傾きが検出され傾きに依存する焦点誤差信号を発生させ
ることができる。
合する。第２の回折格子Ｒ２の第１の回折格子Ｒ８のタ
ルボット像に対する種々のオフセットｘ０を上記３個の
検出器に対して選択すれば、結合出力信号の焦点誤差に
関する種りの依存性が得られる。これら２個の焦点誤差
信号を適切に結合すれば、ｙ軸を中心とする回折格子の
傾きが検出され傾きに依存する焦点誤差信号を発生させ
ることができる。
第１図の装置においては、検出系が第２の回折格子に接
近して位置するので、装置が小型になる。
近して位置するので、装置が小型になる。
第２の回折格子は検出系に固着することができるので、
この回折格子用のホルダが不要になりしかも回折格子と
検出系との間の振動を除去することができる。本装置の
好適実施例においては、第２の回折格子を検出系１２と
一体化する。従って、この検出系は、それぞれが放射恩
知細条と放射光に不怒知な細条とを交互配列したものを
有する２個の個別の検出段を有することになる。よって
、本装置は１個の個別の回折格子Ｒ３だけを有し、この
回折格子Ｒ９はビームスプリッタ８に固着することがで
きる。
この回折格子用のホルダが不要になりしかも回折格子と
検出系との間の振動を除去することができる。本装置の
好適実施例においては、第２の回折格子を検出系１２と
一体化する。従って、この検出系は、それぞれが放射恩
知細条と放射光に不怒知な細条とを交互配列したものを
有する２個の個別の検出段を有することになる。よって
、本装置は１個の個別の回折格子Ｒ３だけを有し、この
回折格子Ｒ９はビームスプリッタ８に固着することがで
きる。
所望の場合、検出系を回折格子Ｒ１及びＲ２から一層遠
く離間させることもできる。この場合、回折格子Ｒ２と
検出系との間にレンズを配置することにより坪度パター
ンを検出系上に結像させることができる。
く離間させることもできる。この場合、回折格子Ｒ２と
検出系との間にレンズを配置することにより坪度パター
ンを検出系上に結像させることができる。
例えば、ダイオードアレイの形態の格子状検出系のよう
な検出系を形成することにより放射光の感度を一層増大
させることができる。感知アレイの個々のダイオードか
らの信号を個別に読出すことができるので、広い範囲に
亘って受光することができる。メツシュ状の歯を有する
２個のくし歯の形態のダイオードを適当に結合すること
により、高い光感度の検出系が得られる。けだし、第１
の回折格子を通過するほぼ全ての放射光が検出されるた
めである。この検出系を第６図に線図的に示す。この検
出系は、大文字のｒ［）Ｊで表示され図面上６個が示さ
れている多数の第１細条と、これに対して交互に配置さ
れ小文字のｒ（（、で表示される６個の第２細条とを有
している。図面を明瞭なものとするため図面上の細条の
数は実際の格子よりも限定されている。検出器の大きさ
を数ｍｍとし個々の検出器細条の幅を数１０μｍとした
場合、実際の格子は数１００個の細条を有することにな
る。
な検出系を形成することにより放射光の感度を一層増大
させることができる。感知アレイの個々のダイオードか
らの信号を個別に読出すことができるので、広い範囲に
亘って受光することができる。メツシュ状の歯を有する
２個のくし歯の形態のダイオードを適当に結合すること
により、高い光感度の検出系が得られる。けだし、第１
の回折格子を通過するほぼ全ての放射光が検出されるた
めである。この検出系を第６図に線図的に示す。この検
出系は、大文字のｒ［）Ｊで表示され図面上６個が示さ
れている多数の第１細条と、これに対して交互に配置さ
れ小文字のｒ（（、で表示される６個の第２細条とを有
している。図面を明瞭なものとするため図面上の細条の
数は実際の格子よりも限定されている。検出器の大きさ
を数ｍｍとし個々の検出器細条の幅を数１０μｍとした
場合、実際の格子は数１００個の細条を有することにな
る。
第６図の検出器り、・・・・・・Ｄ、の出力信号をＳ、
・・・・・・Ｓｂで表し検出器ｄ１・・・・・・ｄ、の
出力信号をＳｌ・・・・・Ｓ、で表わすと、検出器り、
・・・・・・Ｄ、による焦点誤差信号Ｓ、は、ｓ ｙ
＝ （Ｓ１＋Ｓｔ、Ｓ３） （Ｓ４＋ＳＳやＳｂ）
で決定され、検出器ｄ１・・・・・・ｄ６による焦点誤
差信号Ｓｒは、Ｓ「＝（！ｚ＋５ｚ−５１） （ｓ
ａ＋５ｓ−ｓ６）で決定される。細条り及びｄをｘ＝０
のラインに対して対称的に配置することにより、細条Ｄ
＋、Ｄｉ及びＩｈ （又はＤ４ｔＤ５及びＤＡ）上の全
放射強度の減少は細条ｄ、、 ａｔ及びｄ） （又はｄ
、、 ａｓ及びａＳ）上の放射強度の対応する増加に一
致する。従って、焦点誤差信号ＳｒとＳｒとは反対の符
号を有し、一方から他方を減算することにより、すなわ
ちＳ、 −５ｒを求めることにより相互に結合すること
ができる。
・・・・・・Ｓｂで表し検出器ｄ１・・・・・・ｄ、の
出力信号をＳｌ・・・・・Ｓ、で表わすと、検出器り、
・・・・・・Ｄ、による焦点誤差信号Ｓ、は、ｓ ｙ
＝ （Ｓ１＋Ｓｔ、Ｓ３） （Ｓ４＋ＳＳやＳｂ）
で決定され、検出器ｄ１・・・・・・ｄ６による焦点誤
差信号Ｓｒは、Ｓ「＝（！ｚ＋５ｚ−５１） （ｓ
ａ＋５ｓ−ｓ６）で決定される。細条り及びｄをｘ＝０
のラインに対して対称的に配置することにより、細条Ｄ
＋、Ｄｉ及びＩｈ （又はＤ４ｔＤ５及びＤＡ）上の全
放射強度の減少は細条ｄ、、 ａｔ及びｄ） （又はｄ
、、 ａｓ及びａＳ）上の放射強度の対応する増加に一
致する。従って、焦点誤差信号ＳｒとＳｒとは反対の符
号を有し、一方から他方を減算することにより、すなわ
ちＳ、 −５ｒを求めることにより相互に結合すること
ができる。
第２の回折格子Ｒ２を第１の回折格子のタルボット像の
形成位；ｌに配置する実施例は、記録媒体からの放射光
を最大限利用できる大きな利点が達成される。一方、２
個の回折格子を互いに遠く離間させて配置し回折格子に
よって形成される数次の回折光だけを用いて焦点誤差検
出を行うこともできる。この構成を第７図に線図的に示
す。回折格子！？、に入射したビームｂは種々の回折次
数の多数のサブビームに分割される。尚、図面上零次サ
ブビームｂ（０）と２個の１次すブビームｂ（＋Ｂ及び
ｂ（−１）だけを示す、これらサブビームの各々は、第
２図の回折格子Ｒ２によって多数の回折光に分割され、
これらのビームを第７図において第２の添字で示す。こ
れらサブビームは所定の平面ＰＬ内において格子周期及
び回折格子間距陣に応じてｂ （０，＋１）とｂ （＋
１． Ｏ）又はｂ （０，−１）とｂ （−１，Ｏ）
又はｂ（＋１゜−１）、ｂ （０，Ｏ）及びｂ （−１
，＋１）のようなサブビーム組に区別され、各サブビー
ム組が干渉パターンを構成する。この干渉パターンの形
成位置に第４図に示す検出系を配置することができる。
形成位；ｌに配置する実施例は、記録媒体からの放射光
を最大限利用できる大きな利点が達成される。一方、２
個の回折格子を互いに遠く離間させて配置し回折格子に
よって形成される数次の回折光だけを用いて焦点誤差検
出を行うこともできる。この構成を第７図に線図的に示
す。回折格子！？、に入射したビームｂは種々の回折次
数の多数のサブビームに分割される。尚、図面上零次サ
ブビームｂ（０）と２個の１次すブビームｂ（＋Ｂ及び
ｂ（−１）だけを示す、これらサブビームの各々は、第
２図の回折格子Ｒ２によって多数の回折光に分割され、
これらのビームを第７図において第２の添字で示す。こ
れらサブビームは所定の平面ＰＬ内において格子周期及
び回折格子間距陣に応じてｂ （０，＋１）とｂ （＋
１． Ｏ）又はｂ （０，−１）とｂ （−１，Ｏ）
又はｂ（＋１゜−１）、ｂ （０，Ｏ）及びｂ （−１
，＋１）のようなサブビーム組に区別され、各サブビー
ム組が干渉パターンを構成する。この干渉パターンの形
成位置に第４図に示す検出系を配置することができる。
この輝度パターンの輝度分布は、対物レンズ系１０ど情
報面２との間の距離に依存することになる。
報面２との間の距離に依存することになる。
第７図はビームｂ及びサブビームの中心光線だけを示し
ていることを銘記すべきである。実際には、各サブビー
ムは入射ビームｂの幅に、等しい幅を有している。
ていることを銘記すべきである。実際には、各サブビー
ムは入射ビームｂの幅に、等しい幅を有している。
回折格子＋１．及びＲ２は、放射光に対して透明な細条
と吸収性又は反射性の細条とを交互に配列した振幅回折
格子とすることができる。一方、放射光に対して透明で
並置されている細条が異なる高さに位置し或いは異なる
屈折率を有することにより区別される位相格子を用いる
ことも好ましい。所望の輪郭を有する位相格子は既知の
レプリカ技術により低コストで大■生産することができ
、−旦いわゆるマスク用の位相格子を作成すれば、この
マスク用位相格子は光学式読取装置を大組生産するうえ
で極めて好適なものとなる。
と吸収性又は反射性の細条とを交互に配列した振幅回折
格子とすることができる。一方、放射光に対して透明で
並置されている細条が異なる高さに位置し或いは異なる
屈折率を有することにより区別される位相格子を用いる
ことも好ましい。所望の輪郭を有する位相格子は既知の
レプリカ技術により低コストで大■生産することができ
、−旦いわゆるマスク用の位相格子を作成すれば、この
マスク用位相格子は光学式読取装置を大組生産するうえ
で極めて好適なものとなる。
本発明は、十分に集束した状態のビームｂが第１の光路
の前及び対物レンズ系１０を通る第２の光路の後に平行
になる装置だけに用いられるものではない。すなわち、
対物レンズ系を通過した記録媒体からのビームｂを収束
ビームとしてもよい。
の前及び対物レンズ系１０を通る第２の光路の後に平行
になる装置だけに用いられるものではない。すなわち、
対物レンズ系を通過した記録媒体からのビームｂを収束
ビームとしてもよい。
この場合、第２回折格子Ｒ２の周期を第１回折格子の周
１す１に因子Ｃを乗ゴγしたものに等しくする。ここで
、因子Ｃは十分に集束した状態のビームｂの集束度によ
り決定される。焦点誤差が生ずると、この集束度が変化
し種度分布に変化が発生する。。
１す１に因子Ｃを乗ゴγしたものに等しくする。ここで
、因子Ｃは十分に集束した状態のビームｂの集束度によ
り決定される。焦点誤差が生ずると、この集束度が変化
し種度分布に変化が発生する。。
上述した焦点検出系は、記録媒体の走査や表面輪郭を決
定するためだけに用いられるものではなく。例えばレン
ズ測定や放射ビームの平行度や発散度を決定するために
も用いることができる。
定するためだけに用いられるものではなく。例えばレン
ズ測定や放射ビームの平行度や発散度を決定するために
も用いることができる。
第１図は焦点誤差検出系を有する本発明による光学式記
録媒体走査用の光学式走査装置の一例の構成を示す線図
、 第２図は回折格子とその回折格子のタルボット像を示す
線図、 第３ａ図、第３ｂ図及び第３Ｃ図は同一サイズの回折格
子に平行ビーム、発散ビーム及び集束ビームが入射した
場合のタルボット像をそれぞれ示す線図、 第４図は放射感知検出系の第１実施例の構成を示す線図
、 第５図は放射感知検出系の別の実施例の構成を示す線図
、 第６図は格子状形態をした放射感知検出系の構成を示す
線図、 第７図は本発明による光学式走査装置の別の実施例に用
いる２個の回折格子及びこれらの回折格子による回折光
を示す線図である。 ■・・・光学式記録媒体 ２・・・情報面３・・・
情報トラック ６・・・放射源８・・・ビームス
プリッタ １０・・・対物レンズ系Ｒ＋・・・第１回
折格子 Ｒ２・・・第２回折格子１２・・・放射
感知検出系 Ｄ、 Ｄ’・・・検出器特許出願人
エヌ・ベー・フィリップス・フルーイランベンファ
ブリケン 一 ↑ −Ｎ１ １、、。
録媒体走査用の光学式走査装置の一例の構成を示す線図
、 第２図は回折格子とその回折格子のタルボット像を示す
線図、 第３ａ図、第３ｂ図及び第３Ｃ図は同一サイズの回折格
子に平行ビーム、発散ビーム及び集束ビームが入射した
場合のタルボット像をそれぞれ示す線図、 第４図は放射感知検出系の第１実施例の構成を示す線図
、 第５図は放射感知検出系の別の実施例の構成を示す線図
、 第６図は格子状形態をした放射感知検出系の構成を示す
線図、 第７図は本発明による光学式走査装置の別の実施例に用
いる２個の回折格子及びこれらの回折格子による回折光
を示す線図である。 ■・・・光学式記録媒体 ２・・・情報面３・・・
情報トラック ６・・・放射源８・・・ビームス
プリッタ １０・・・対物レンズ系Ｒ＋・・・第１回
折格子 Ｒ２・・・第２回折格子１２・・・放射
感知検出系 Ｄ、 Ｄ’・・・検出器特許出願人
エヌ・ベー・フィリップス・フルーイランベンファ
ブリケン 一 ↑ −Ｎ１ １、、。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、物体の表面を光学的に走査する装置であって、放射
源と、放射源から放射した放射ビームを集束させて物体
面上に放射スポットを形成する対物レンズ系と、対物レ
ンズ系の焦点面と物体面との間の偏位を決定する焦点誤
差検出系とを具える光学式走査装置において、前記焦点
誤差検出系が、物体面で反射したビームの光路中で前後
に配置されている２個の回折格子を有し、第２回折格子
の格子周期が、反射ビームの公称ビーム発散度によって
決定される因子が乗算されている第１回折格子の格子周
期に等しくされ、これら回折格子の集束点が互いに平行
に配置され、第２回折格子の格子細条が第１回折格子の
格子細条と同一の方向に延在すると共に、格子ラインの
方向と直交する方向に互いに離間し、個別の検出器を有
する放射感知検出系が設けられ、この検出系の検出器間
の境界線が前記格子ラインに平行に延在することを特徴
とする光学式走査装置。 ２、前記第２回折格子が、第１回折格子のタルボット像
中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
光学式走査装置。 ３、前記第２回折格子の格子ラインが、第１回折格子の
格子ラインの投影像に対して格子周期の１／４以上偏位
していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学
式走査装置。 ４、前記第２回折格子が、前記放射感知検出系に対向配
置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記
載の光学式走査装置。 ５、前記放射感知検出系が、格子状の検出系として構成
されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載
の光学式走査装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8702801 | 1987-11-23 | ||
| NL8702801 | 1987-11-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01169738A true JPH01169738A (ja) | 1989-07-05 |
Family
ID=19850960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63292527A Pending JPH01169738A (ja) | 1987-11-23 | 1988-11-21 | 光学式走査装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4850673A (ja) |
| EP (1) | EP0318095A1 (ja) |
| JP (1) | JPH01169738A (ja) |
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