JP2008508653A

JP2008508653A - 回折部品

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Publication number: JP2008508653A
Application number: JP2007523217A
Authority: JP
Inventors: ヘンドリクス，ベルナルデュス; ウィレムテューケル，テューニス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2008-03-21
Also published as: TW200620255A; DE602005007356D1; KR20070044037A; CN100511436C; CN1993738A; ATE397776T1; EP1774520B1; EP1774520A2; US20080095015A1; US7602691B2; WO2006013526A3; WO2006013526A2

Abstract

光学走査装置用回折部品が開示される。装置は、第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビームにより第１情報層を走査し、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビームにより第２情報層を走査し、第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームにより第３情報層を走査する。第１、第２及び第３波長が互いに異なる。装置は、第１、第２及び第３放射ビームを供給する放射源と、これら放射ビームをそれぞれの情報層上に収束させる対物レンズ系と、第１、第２及び第３放射ビームの光路に配置される回折部品とを含む。回折部品は、第１波長に対してではなく第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、第２波長に対してではなく第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む。

Description

本発明は、光学走査装置用回折部品、及び、かかる回折部品を内蔵する光学走査装置、並びにかかる部品及び装置の製造方法に関する。本発明の実施例は、特に、コンパクトディスク（ＣＤ）、従来的なデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、 “ＲｅｄＤＶＤ”と称されるもの、ブルーレイディスクのようないわゆる次世代ＤＶＤといったような、光記録媒体の３つの異なるフォーマットに互換性のある光走査装置での使用に好適である。

光記録媒体は、多様な異なるフォーマットで存在し、各フォーマットは、一般的に、特定波長の放射ビームにより走査されるように設計される。例えば、ＣＤは、とりわけＣＤ−Ａ（ＣＤ−オーディオ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−リードオンリーメモリ）及びＣＤ−Ｒ（記録可能なＣＤ）として利用可能であり、７８５ｎｍ周辺の波長（λ）の放射ビームにより走査されるように設計される。他方、ＲｅｄＤＶＤは、６５０ｎｍ周辺の波長（λ）の放射ビームにより走査されるように設計され、ブルーレイディスクは、４０５ｎｍ周辺の波長（λ）の放射ビームにより走査されるように設計される。一般的に、波長が短くなるほど、光学ディスクの対応する容量は大きくなる。例えば、ブルーレイディスクは、ＲｅｄＤＶＤフレームのディスクよりも大きな記憶容量を有する。

光学走査装置にとって望ましいことは、異なるフォーマットの光記憶媒体と互換性があることであり、例えば、好ましくは１つの対物レンズ系を用いつつ、異なる波長の放射ビームに応じて異なるフォーマットの光記憶媒体を走査することである。例えば、より高い記憶容量を持つ新しい光記憶媒体が導入されたとき、新しい光学記録媒体への情報を読み取り及び／又は書き込みするために用いられる対応する新しい光学走査装置が、後方向に互換性があること、即ち、既存のフォーマットを有する光記憶媒体を走査できることが、望ましい。

残念ながら、ある波長で読み出されるように設計された光ディスクは、他の波長で常に読み取り可能であるとは限らない。例えば、ＣＤ−Ｒフォーマットのディスクにおいては、λ＝７８５ｎｍでの走査ビームの高い変調を得るために、特別な色素が記録スタック上に塗布されなければならない。λ＝６６０ｎｍでは、ディスクからの変調信号は非常に小さくなり（色素の波長敏感性に起因して）、この波長での読み出しは実現不能である。また、異なるフォーマットのディスクに対する透明被覆層の厚みに相違があり、これにより、望ましくない球面収差が生まれる。

各フォーマットに対応付けられた異なる波長に対して所定の波面を生成できる光学走査装置の設計に関して、多くの解決策が提案されている。

例えば特許文献１は、３つの異なる波長で光ディスクを走査する光学走査装置を開示する。この装置は、３つの異なる波長のビームが共通の光軸に沿って進行することを保証するための光学軸結合素子と、光学記録媒体の情報層上に３つの異なるビームを集光する集光レンズとを含む。開示される装置は、共通の光軸に沿って配置される回折部品を有する。

回折部品は、光軸に関して回転対称である回折格子を含む。回折部品は、２つの平行な面を有し、その間にガラスからなる第１層及び複屈折材料からなる第２層が設けられる。第１及び第２層間の界面は単一の段付きのプロフィールを持つ回折素子の一バターンであり、光軸周りに回転対称である。第１及び第２層は、回折部品が第１波長に対してゼロのオーダーの第１回折放射ビームを形成し且つ第２及び第３波長に対してより高いオーダーの回折放射ビームを形成するように、選択される。特許文献１は、一方が第１（ガラス）層の屈折率である通常的な屈折率及び特異な屈折率を有する固体複屈折材料の使用を教示する。ゼロのオーダーのビームは、第１層の屈折率に等しい第２層の屈折率に対して入射波長の偏光が整合することを保証することによって、形成できる。即ち、回折部品は、このとき、第１波長に対して透明な平行プレートとして機能する。

特許文献２も、３つの各々の放射ビームで３つの情報層を走査する光学走査装置を開示する。各ビームは、それぞれの波長及び偏光を有する。３つの波長は互いに異なる。３つの偏光の少なくとも１つは、他とは異なる。この装置は、３つの放射ビームから３つの回折されたビームを形成する一の段付きのプロフィールを有するパターンの素子を含む回折部品を含み、当該部品は、３つの偏光に感応する複屈折材料を含む。回折部品の段付きプロフィールは、光軸に関して回転対称である。段付きプロフィールは、パターン素子の段の高さが、３つの波長の１つに対して少なくとも２つの異なる２πの倍数に等しい位相変化を導き、且つ、他の２つの波長の少なくとも１つに対して少なくとも２つの異なる位相変化モジューロ２πに等しくなるように、設計される。
特開２００１−２０９９６６号公報フィリップスによる国際特許出願番号ＰＣＴ／ＩＢ０２／０５６２４公報

本発明の実施例の目的は、知られている解決策に代わる装置であって、３つの異なる波長の放射ビームにより光記録媒体を走査するのに適した光走査装置を提供することである。

第１局面によれば、本発明は、第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビームにより第１情報層を走査し、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビームにより第２情報層を走査し、第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームにより第３情報層を走査する光学走査装置において、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学走査装置であって、
前記第１、第２及び第３放射ビームを供給する放射源と、
前記第１、第２及び第３放射ビームをそれぞれの情報層上に収束させる対物レンズ系と、
前記第１、第２及び第３放射ビームの光路に配置される回折部品とを含み、
該回折部品が、
前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、
前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む、光学走査装置を提供する。

光学走査装置は、２つの回折構造を有する。第１構造は、第１波長に対して回折格子として機能し、第２構造は、第２波長に対して回折格子として機能する。これは、２つより多い異なる波長に対して異なる回折オーダーの選択を可能とする。回折部品は、異なる波長に対して異なるピッチを有する回折構造の使用を可能とする。また、回折構造は、異なる向きを有することができる。

好ましくは、前記第２回折格子構造の段差は、前記第１回折格子構造の段差とは異なるピッチを有する。

好ましくは、前記第１回折格子構造は、前記対物レンズ系の光軸に対して第１所定角をなす向きにされ、前記第２回折格子構造は、前記対物レンズ系の光軸に対して第２所定角をなす向きにされる。

好ましくは、前記回折部品は、前記第１及び第２回折格子構造の段差の重ね合せを含む。

好ましくは、前記第１回折格子構造は、前記第１放射ビームを回折して前記第１波長の３スポット型ビーム（ｔｈｒｅｅ−ｓｐｏｔｂｅａｍ）を生成するように構成され、前記第２回折格子構造は、前記第２放射ビームを回折して前記第２波長の３スポット型ビームを生成するように構成される。

好ましくは、前記第１回折格子構造は、複屈折材料から形成される。

好ましくは、前記第２回折格子構造は、非複屈折材料から形成される。

好ましくは、前記一連の段差の少なくとも１つは、周期あたりの幅が等しい一連の段差である。

好ましくは、前記第１、第２及び第３偏光は、互いに異なる。

第２局面によると、本発明は、第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビーム、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビーム及び第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームを利用する光学走査装置であって、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学装置に用いられる回折部品であって、
前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、
前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む、回折部品を提供する。

好ましくは、前記第１回折格子構造は、第１面内に実質的に延在し、前記第２回折格子構造は、前記第１面に対して平行でない第２面内に実質的に延在する。

第３局面によると、本発明は、第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビームにより第１情報層を走査し、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビームにより第２情報層を走査し、第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームにより第３情報層を走査する光学走査装置であって、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学走査装置の製造方法であって、
前記第１、第２及び第３放射ビームを供給する放射源を設け、
前記第１、第２及び第３放射ビームをそれぞれの情報層上に収束させる対物レンズ系を設け、
前記第１、第２及び第３放射ビームの光路に配置される回折部品であって、前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む回折部品を設けることを含む、製造方法を提供する。

第４局面によると、本発明は、第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビーム、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビーム及び第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームを利用する光学走査装置であって、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学装置に用いられる回折部品の製造方法であって、
前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造を設け、
前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造を設けることを含む、製造方法を提供する。

これより、本発明は、添付図面を参照しつつ、例示により詳細に説明される。

本発明は、第１回折格子構造及び第２回折格子構造を有する回折部品を利用することに関する。回折部品は、３つの異なる波長の放射ビームに関連した使用のためのものであり、それぞれのビームは、偏光され、好ましくは、一のビームの偏向の少なくとも１つは他と異なる。

第１回折格子構造は、第１段差高の整数倍である一連の段差を含む。第１段差高は、（第１波長ではなく）第２及び第３波長に対して２πの整数倍の位相段差を生成する。第２回折格子構造は、第２段差高の整数倍である段差で構築され、第２波長でなく第１及び第３波長に対して２πの整数倍の位相段差を生成するよう構成される。従って、第１回折格子構造は、第２及び第３波長に対して実効的に盲目であり（即ち、実質的に回折しない）、他方、第２回折格子構造は、第１及び第３波長に対して実効的に盲目である。第１回折格子構造は、かくして第１波長に対して回折格子として機能し、第２回折格子構造は、かくして第２波長に対して回折格子として機能し、双方の回折格子構造は、第３波長に関して盲目である。好ましくは、回折部品は、バイナリ格子（ｂｉｎａｒｙｇｒａｔｉｎｇ）であり、格子が、第１回折格子構造及び第２回折格子構造の重ね合わせにより構築される。或いは、第１回折格子構造は、第２回折格子構造とは別の層として形成されることができる。

多くの光学走査装置は、３ビームトラッキング法を用いる。放射ビームは、３つのビーム（３スポット型ビームともいう）に分割され、中央のビームは、光ディスクの情報層を走査する一方、他の２つは、位置情報を供給するために用いられる。異なる光フォーマットは、情報層上に入射するスポットが異なる距離離間されることを必要とする。本願発明者は、２つの異なる回折格子構造を主に含む回折部品を用いることによってこれを実現化し、この際、各回折格子構造は、所定のフォーマットに対して所望のスポット分離を提供するように構成されることができる。また、各回折格子を形成する段差の注意深い選択により、格子構造は、実質的に回折無しで他のフォーマットの放射ビームを通すように構成されることができる。

図１は、第１放射ビーム４により第１光記録媒体３の第１情報層２を走査する装置１を示し、この装置は、かかる回折部品２４を含む。

光記録媒体３は、透明層５を含み、その一方の側には情報層２が配置される。情報層２における透明層５に対面しない側は、保護層６により環境影響から保護される。装置に対面する透明層の側は、入口フェースと称される。透明層５は、情報層２に対する機械的な支持を提供することによって光記憶媒体３に対して基板として機能する。或いは、透明層５は、情報層を保護する機能だけを有してよく、この場合、機械的な支持は、情報層２の他方側上の層、例えば保護層６若しくは追加の情報層及び最も上側の情報層に接続される透明層により提供される。尚、情報層は、図１に示す本実施例では、透明層５の厚さに対応した第１情報層深さ２７を有する。情報層２は、媒体３の表面である。

情報は、図示しないが、略平行で同心円状若しくはらせん状のトラックに配置される光学的に検出可能なマークの形態で、記録媒体の情報層２に記憶されることができる。トラックは、合焦された放射ビームのスポットにより追従されることができる経路である。マークは、例えばピット、又は、反射係数を持つ領域、周囲と異なる磁化の方向、若しくは、これらの組み合わせのような、如何なる光学的な読み取り可能な形態であってもよい。光記録媒体３がディスクの形状を有する場合、所与のトラックに対して次のように定義される。“径方向”は、参照軸、トラックとディスクの中心との間の、Ｘ軸の方向であり、“接線方向”は、Ｘ軸に垂直でトラックの接線方向であるＹ軸の方向である。

図１に示すように、光学走査装置１は、放射源７（２つの異なる源７ａ，７ｂとして図示）、コリメータレンズ１８、ビームスプリッタ９、光軸１９を有する対物レンズ系８、回折部品２４、及び、検出システム１０を含む。更に、光学走査装置１は、サーボ回路１１、フォーカスアクチュエータ１２、ラジアルアクチュエータ１３、及び、誤り訂正のための情報処理ユニット１４を含む。

以下では、“Ｚ軸”は、対物レンズ系８の光軸１９に対応する。尚、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は直交基準である。

放射源７は、第１放射ビーム４、第２放射ビーム４’及び第３放射ビーム４”を連続的に若しくは同時に供給するように構成される。例えば、放射源７は、放射ビーム４、４’、４”を連続的に供給する調整可能な半導体レーザ、若しくは、これらの放射ビームを同時に供給する３つの半導体レーザを含んでよい。図示の例では、放射源７は、２つの別のレーザ７ａ，７ｂの形態である。第１レーザ７ａは、第１放射ビーム４を供給するように構成される。第２レーザ７ｂは、第２及び第３放射ビーム４’、４”の双方を供給するように構成されたデュアル波長レーザである。ビームスプリッタ７ｃは、放射ビーム４、４’、４”が光軸１９に略沿って送信されるように、放射ビーム４、４’、４”の経路を結合するために配置される。

放射ビーム４は、波長λ_１及び偏向ｐ_１を有し、放射ビーム４’は、波長λ_２及び偏向ｐ_２を有し、放射ビーム４”は、波長λ_３及び偏向ｐ_３を有する。波長λ_１、λ_２、λ_３は、全て異なる。好ましくは、任意の２つの波長の差は、２０ｎｍ以上であり、より好ましくは５０ｎｍ以上である。偏向ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３の少なくとも２つは、互いに異なる。波長λ_１、λ_２、λ_３及び偏向ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３の例は、後述する。

コリメータレンズ１８は、放射ビーム４を実質的に平行化されたビーム２０に変形するために光軸１９上に配置される。同様に、コリメータレンズ１８は、放射ビーム４’、４”を、２つのそれぞれの実質的に平行化されたビーム２０’、２０”（図１に図示されず）に変形する。

ビームスプリッタ９は、対物レンズ系８に向けて放射ビームを送るように配置される。好ましくは、ビームスプリッタ９は、Ｚ軸に対して角度αだけ回転した面に平行な面で形成され、より好ましくはα＝４５°である。

対物レンズ系８は、平行化されたビーム２０を第１合焦ビーム１５に変形して、情報層２の位置に第１走査スポット１６を形成するために配置される。

走査中、記録媒体３は、スピンドル（図１に図示されず）上を回転し、このとき、情報層２は、透明層５を介して走査される。合焦された放射ビーム１５は、情報層２上で反射し、これにより、順方向の収束ビーム１５の光路上を戻る反射ビーム２１を形成する。対物レンズ系８は、反射した放射ビーム２１を、反射した平行化された放射ビーム２２へと変形させる。ビームスプリッタ９は、検出システム１０に向けて、反射したビーム２２の少なくとも一部を送ることによって、順方向の放射ビーム２０を、反射した放射ビーム２２から分離する。図示された特定の実施例では、ビームスプリッタ９は、偏光ビームスプリッタである。１／４波長板９’は、ビームスプリッタ９と対物レンズ系８との間に光軸１９に沿って配置される。１／４波長板９’と偏光ビームスプリッタ９との組み合わせにより、反射した放射ビーム２２の大部分が検出システム１０に向けて送られることを保証する。

検出システム１０は、反射した放射ビーム２２の当該部分を補足し、それを一以上の電気信号に変換するために配置された収束レンズ２５及びクォードラント検出器（ｑｕａｄｒａｎｔｄｅｔｅｃｔｏｒ）２３を含む。

信号の１つは、情報信号であり、その値は、情報層２上の走査された情報を表す。情報信号は、誤り訂正のために情報処理ユニット１４により処理される。

検出システム１０からの他の信号は、フォーカスエラー信号及びラジアルトラッキングエラー信号である。フォーカスエラー信号は、走査スポット１６と情報層２の位置との間のＺ軸に沿った高さの軸方向の差を表す。好ましくは、このフォーカスエラー信号は、とりわけ、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ，Ｊ．Ｂｒａａｔ，Ａ．Ｈｕｉｊｉｓｅｒ他による本“ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔｉｃａｌＤｉｓｃＳｙｓｔｅｍｓ”のページ７５−８０（ＡｄａｍＨｉｌｇｅｒ１９８５，ＩＳＢＮ０−８５２７４−７８５−３）から知られる“乱視方法（ａｓｔｉｇｍａｔｉｃｍｅｔｈｏｄ）”により形成される。ラジアルトラッキングエラー信号は、走査スポット１６と、走査スポット１６により追従されるべき情報層２のトラックの中心との間の情報層２のＸＹ面内の距離を表す。このラジアルトラッキングエラー信号は、上述のＧ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓによる本のページ７０−７３から知られる“ラジアルプッシュ−プル方法”から形成される。

サーボ回路１１は、フォーカスエラー信号及びラジアルトラッキングエラー信号に応答して、フォーカスアクチュエータ１２及びラジアルアクチュエータ１３をそれぞれ制御するサーボ制御信号を供給するように構成される。フォーカスアクチュエータ１２は、対物レンズ８のＺ軸に沿った位置を制御し、これにより、走査スポット１６の位置を、当該位置が情報層２の面と略一致するように制御する。ラジアルアクチュエータ１３は、対物レンズ８のＸ軸に沿った位置を制御し、これにより、走査スポット１６の径方向の位置を、当該位置が情報層２において追従されるべきトラックの中心線と略一致するように制御する。

本実施例の回折部品２４は、特異な屈折率ｎ_ｅと通常の屈折率ｎ_０を有する複屈折材料を含む。本実施例では、回折部品２４は、放射源７とビームスプリッタ９の間に配置されるが、理論上、光軸１９に沿った他の位置に配置されてもよい。

回折部品は、特異な屈折率ｎ_ｅと通常の屈折率ｎ_０を有する複屈折材料を含む。回折部品は、複屈折材料の光軸が光軸１９（即ちＺ軸）に沿うように位置決めされる。回折部品は、また、その屈折率が、Ｘ軸に沿った偏光を有する放射ビームにより横切られたときにｎ_ｅに等しくなり、且つ、Ｙ軸に沿った偏光を有する放射ビームにより横切られたときにｎ_０に等しくなるように、位置決めされる。以下、放射ビームの偏光は、Ｘ軸及びＹ軸に対して整合されたものをそれぞれ“ｐ_ｅ”及び“ｐ_０”と称する。従って、偏光ｐ_１、ｐ_２若しくはｐ_３がｐ_ｅに等しい場合、複屈折材料の屈折率はｎ_ｅに等しく、偏光ｐ_１、ｐ_２若しくはｐ_３がｐ_０に等しい場合、複屈折材料の屈折率はｎ_０に等しい。即ち、複屈折回折部品は、偏光ｐ_１、ｐ_２及びｐ_３に感応するように位置決めされる。

回折部品２４は、本発明の一実施例による回折部品である。この特定の実施例では、回折部品は、第１放射ビームを回折して３スポット型ビームを形成し、第２放射ビームを回折して異なる３スポット型ビームを形成し、且つ、第３放射ビームを実質的に回折しないように構成される。

対物レンズ８は、走査スポット１６及び２つの関連したトラッキングスポット（一方のスポットに対応するビームの光路を図１において点線にて指示）を形成するように第１開口数ＮＡ_１を有する合焦放射ビーム１５に、平行化された放射ビーム２０を変形するように構成される。即ち、光学走査装置１は、３スポット型ビームを用いて、波長λ_１、偏光ｐ_１、開口数ＮＡ_１を有する放射ビーム１５により第１情報層２を走査できる。

更に、図示されていないが、光学走査装置は、また、放射ビーム４’により第２光記憶媒体３’の第２情報層２’を走査でき、放射ビーム４”により第３光記憶媒体３”の第３情報層２”を走査できる。従って、対物レンズ系８は、情報層２’の位置に第２走査スポット１６’及び２つの関連したトラッキングスポットを形成するように第２開口数ＮＡ_２を有する第２合焦放射ビーム１５’に、平行化された放射ビーム２０’（この例では、３スポット型ビーム、即ち３つのビームを含む）を変形させる。対物レンズ系８は、また、情報層２”の位置に第３走査スポット１６”（関連したトラッキングスポットは無し）を形成するように第３開口数ＮＡ_３を有する第３合焦放射ビーム１５”に、平行化された放射ビーム２０”（この例では、単一のビーム）を変形させる。

光記録媒体３と同様、光記録媒体３’は、第２透明層５’を含み、その一方の側に情報層２’が第２情報層深さ２７’で構成され、光記録媒体３”は、第３透明層５”を含み、その一方の側に情報層２”が第３情報層深さ２７”で構成される。

本実施例では、光記録媒体３，３’及び３”は、あくまで例であるが、それぞれ、“ブルーレイディスプレイ”フォーマットのディスク、“Ｒｅｄ−ＤＶＤ”フォーマットのディスク、及び、ＣＤフォーマットのディスクである。従って、波長λ_１は、３６５ｎｍと４４５ｎｍの範囲内であり、好ましくは、４０５ｎｍである。開口数ＮＡ_１は、読み取りモード及び書き込みモード共に約０．８５に等しい。波長λ_２は、６２０ｎｍと７００ｎｍの範囲内であり、好ましくは、６５０ｎｍである。開口数ＮＡ_２は、読み取りモードで約０．６に等しく、書き込みモードで０．６より大きく、好ましくは０．６５である。波長λ_３は、７４０ｎｍと８２０ｎｍの範囲内であり、好ましくは、約７８５ｎｍである。開口数ＮＡ_３は、０．５未満であり、好ましくは０．４５である。

図示の実施例では、対物レンズ系８は、単一の凸レンズである。しかし、平凸レンズ（ｐｌａｎｏ−ｃｏｎｖｅｘｌｅｎｓ）や凹凸レンズのような他のレンズ素子タイプも使用できることは理解されるだろう。対物レンズ系８は、単一レンズとして形成されてもよいし、複合レンズとして形成されてもよい。望ましい場合には、回折部品２４は、別の要素として形成されうるし、若しくは、他の光学部品の一部として形成することもできうる。例えば、回折部品２４は、レンズ上の表面として内蔵されてもよい。

次いで、図１に示した光学走査装置１での使用に好適な回折部品２４の例の設計を説明する。

回折部品２４は、第１回折格子構造及び第２回折格子構造を含む。

回折部品は、ブルーレイディスクフォーマット、ＤＶＤ＋ＲＷ（ＤＶＤＲｅａｄＷｒｉｔｅ）フォーマット及びＣＤフォーマット用に構成される。回折部品は、ブルーレイディスクに対しては３スポット型格子として機能し、ＤＶＤ＋ＲＷに対しては３スポット型格子として機能し、ＣＤフォーマットに対しては単一スポット型格子として機能する。

波長λの放射ビームが段差高ｈの材料かなる段差を横切るとき、位相変化φ（放射ビームが空気を介して同一距離横切る場合に関して）が、段差から出現する回折ビームにおいて導入される。位相変化φは、以下の式で表される。

ここで、“ｎ_２”は、回折部品の屈折率であり、“ｎ_１”は、近傍の媒体の屈折率である。数１の式から、波長λが変化するとき、位相変化φもそれに応じて変化することがわかる。尚、材料の屈折率は、波長に応じて変化することができる。

これらの拘束要件を考慮するに、回折部品の第１回折格子構造は、ブルーレイディスクに対して３の回折オーダーを選択し、ＤＶＤ＋ＲＷ及びＣＤに対してゼロのオーダー（ゼロ次：ｚｅｒｏｔｈｏｒｄｅｒ）のみを選択するように、設計されることになる。回折格子構造は、バイナリタイプとなるだろう。この回折構造の格子は、複屈折材料からなる。

ＤＶＤ放射ビームの偏光は、複屈折材料の通常的な屈折率（ｎ_０）が選択されるように選定され、ブルーレイディスク及びＣＤビームの双方に対する偏光は、屈折材料の特異な屈折率（ｎ_ｅ）が選択されるように選定される。この特定の例では、λ＝４０５ｎｍで屈折率ｎ_ＢＤ＝１．６１（ｎ_ｅ）が選択され、ＤＶＤ＋ＲＷに対してλ＝６５０ｎｍで屈折率ｎ_ＤＶＤ＝１．５１（ｎ_０）が選択され、ＣＤに対してλ＝７８５ｎｍで屈折率ｎ_ＣＤ＝１．６０３１（ｎ_ｅ）が選択される。

バイナリ格子のゾーンは、高さｈ_ＤＶＤ＝ｈ_ＣＤの整数である段差からなるように選択され、このとき、ｈ_ＤＶＤ及びｈ_ＣＤは、以下で与えられる。

空気の屈折率は１であると仮定する。数２と数３の式の比較から、各段差が、ＣＤ及びＤＶＤ構成に対しては２πの倍数を付与することが理解されるだろう。従って、構造は、ＣＤ及びＤＶＤ構成に対しては放射ビームに何ら影響を及ぼさず、ビーム中の全ての光は、第１回折格子構造をゼロのオーダーの回折で通過する。

将来の使用に対しては、高さｈ_ＢＤは、以下で与えられる。

この高さは、ブルーレイディスク構成のビームの位相２πを付与する。

以下の表１は、ｈ_ＤＶＤの倍数である段差高に起因してブルーレイディスクビームの２πモジューロ（ｍｏｄｕｌｏ）１により除された位相を示す。ここで、ｍは、ｈ_ＤＶＤの倍数である。

第１回折格子構造は、パワー分布が１：１５：１の３つのスポットを含むビームを生成するように構成される。これを実現するため、第１回折格子構造は、周期あたりの幅が等しい２つの段差を備えた０．１２×２πの位相深さを有する格子を必要とする。これは、段差高３×ｈ_ｄｖｄ＝３×１．３μｍ＝３．９μｍで近似でき、これは、第１回折格子構造により形成される格子に対して位相深さφ＝（１−０．８７３５）×２π＝０．１２６５×２πを与える。図２は、格子プロフィール、即ち距離に応じた格子振幅を図示する。かかる段差高は、ブルーレイディスクビームに対して１：１４：１のパワー分布を生む。格子のピッチの計算は後述する。

第２回折格子構造は、ＤＶＤ＋ＲＷビームに対して３スポット型格子となるが、ブルーレイディスク及びＣＤ放射ビームに影響を及ぼさないように構成される。この第２回折格子構造は、λ＝４０５ｎｍで屈折率ｎ_ＢＤ＝１．５１６、λ＝６５０ｎｍで屈折率ｎ_ＤＶＤ＝１．５０６、λ＝７８５ｎｍで屈折率ｎ_ＣＤ＝１．５００を有する非複屈折材料から形成される。第１回折格子に関連した数２，３及び４に関して、各モードにおける２π位相段差を与える多様な段差高は、以下のとおりである。

尚、２ｈ_ＢＤ＝ｈ_ＣＤである。従って、この第２回折格子構造は、格子がブルーレイディスク及びＣＤ放射ビームに対して盲目となるように、段差高としてｈ_ＣＤを取る。

表２は、ｈ_ＣＤの倍数（ｍ）である段差高に応じた、結果としてのＤＶＤ放射ビームの２πモジューロ（ｍｏｄｕｌｏ）１を示す。

第２回折格子構造は、３スポット型格子であり、ＤＶＤ放射ビームを回折して３つのビーム、即ち３スポット型ビームにするように構成される。好ましくは、これらのビームは、同様に、１：１５：１に近いパワー分布を有する。上述の如く、第２回折格子構造の格子は、０．２×２πの位相深さ及び周期毎に等しい幅の２つの段差を有すべきである。これは、段差高により近似できる。

これは、第２回折格子構造に対して位相深さφ＝（１−０．８８７２）×２π＝０．１１２８×２πを与え、ＤＶＤ放射ビームに対して１：１８：１のパワー分布を生む。

コリメータの焦点距離、及び，ＢＤ／ＤＶＤ＋ＲＷ互換性対物レンズの焦点距離は、それぞれ１５ｍｍ及び１．７６ｍｍであると仮定する。瞳孔直径はＢＤに対して３．０ｍｍ、ＤＶＤ＋ＲＷに対して２．３ｍｍである。この例では、格子は、レーザから５ｍｍの距離１で配置されると仮定する（図３に示すように、１＝５ｍｍ）。格子ピッチは、次のように計算できる。格子の作用（図３参照）は、光軸１９に沿って進む光線が角度θ１で反射されることになることである。図３に示すシステムは、それ故に、光軸１９に対して距離ｘ_ｓだけ変位された光源を備えるが格子が無いシステムに等価である。図１のサーボレンズ２５が光学パワーを有していない場合、戻り経路上のビームは格子を再度通過しないので、格子２４に起因した光源の仮想的なずれｘ_ｓは、検出器の同一のずれｘ_ｓを生む。ｘ_Ｄが検出器のピッチである場合、格子ピッチｐはｘ_ｓ＝ｘ_Ｄであるべきであり、従って、以下の式で計算することができる。

ここで、ｘ_Ｄは、クォードラント検出器２３上に配置される検出器アレイのピッチである。本例では、検出器２３における検出器要素のアレイは、１５０μｍのピッチを有すると仮定する。図４は、かかる検出器２３を示し、２３ａは、中央のビーム検出器であり、近傍のスポット検出器２３ｂ、２３ｃが検出器２３ａから各距離ｘ_Ｄを有する。

この数１０の式を用いて、λ＝４０５ｎｍにて第１回折格子構造（３スポット型ブルーレイディスク格子）のピッチは１３．５μｍであることが計算できる。対照として、λ＝６５０ｎｍでは、第２回折格子構造（ＤＶＤ＋ＲＷ格子）のピッチは２１．７である。

換言すると、単一の検出器の使用を可能とするために、回折構造を形成する両格子は異なるピッチ及び異なる深さを有することが望ましい。加えて、光軸１９に沿った両回折格子構造の向きは、異なることが望ましい。特に、光学装置のＹ軸に対する格子の角度は、トラックピッチ及び光学的な増幅度に由来する。トラックピッチは、光記憶媒体上のトラックのピッチである。ＤＶＤ＋ＲＷ用のトラックピッチは、０．７４μｍであり、ブルーレイディスク用は０．３２μｍである。光学的な増幅度は、それぞれの対物レンズの焦点距離によりコリメータの焦点距離を除することにより求めることができる。従って、ＤＶＤ＋ＲＷ用の増幅度はＭ＝１５／１．７６＝８．５２３であり、ブルーレイディスク用はＭ＝１５／１．７６＝８．５２３である。

検出器２３のピッチは上述の如く１５０μｍである。従って、ＤＶＤ＋ＲＷ上の入射時の各スポット（３スポット型ビームにおける）間の距離は、ｘ_ＤＶＤ＝１５０／８．５２３＝１７．６μｍである。従って、第２回折格子を構成する格子の角度はθ_ＤＶＤ＝０．７４／２／１７．６＝２１ｍｒａｄ（即ち、スポット距離ｘ_ＤＶＤでトラックピッチを除した値の半分）。対照として、ブルーレイディスクに関して、光ディスク上のスポット距離は、ｘ_ＢＤ＝１５０／８．５２３＝１７．６μｍである。これは、θ_ＢＤ＝０．３２／２／１７．６＝９．１ｍｒａｄとして第１回折格子構造の格子の角度を与える。

要約するに、第１回折格子構造は、９．１ｍｒａｄの向きで３．９μｍの深さで１３．５μｍのピッチを有する複屈折材料から形成される。対照として、第２回折格子構造は、２１ｍｒａｄの向きで（即ちｙ軸から２１ｍｒａｄ離れる向きで）６．２８μｍの深さで２１．７μｍのピッチを有する非複屈折材料から形成される。

図５は、ＤＶＤ光ディスク用の情報層２７’の平面図である。情報層２７’は、スポット１６により走査されるトラック１０３を有する。側方のスポット１６ａ，１６ｂは、位置情報を提供するように用いられる（即ち、３スポット制御システムを用いる）。トラック１０３は、距離１０２だけ離間する。側方のスポット１６ａ，１６ｂは、距離１０１で配置され、トラックからトラックピッチの略半分が走査される。側方のスポット１６ａ，１６ｂは、ディスクのＹ軸に対して角度θ_ＤＶＤをなして延在するラインに沿って配置される。中心のスポット１６と側方のスポット１６ａ，１６ｂとの間の距離１０４は、増幅度で除した検出器ピッチである。

第１及び第２回折格子構造の双方により形成される回折部品は、２つの異なる格子を隣接して配置することにより作成することができる。より好ましくは、回折部品は、双方の格子を互いの上部に付与することにより形成される。回折部品により提供される最終的な格子は、ブルーレイディスクに対しては３スポット格子として機能し、ＤＶＤ＋ＲＷに対しては３スポット格子として機能し、ＣＤに対しては単一スポット格子として機能する。

互いの上部に如何にして格子を付与する供給を図示することにより、図６Ａは、ピッチ５０μｍの７スポットＤＶＤ格子に対する格子プロフィールを示し、図６Ｂは、ピッチ６０μｍのＣＤ用の３スポット格子に対する格子プロフィールを示し、図６Ｃは、双方の格子を組み合わせる結果として得られる結合格子を示す。

回折部品は、２つの回折格子構造を共に合わせることにより形成できるが、回折部品は、各回折格子構造を別の面に配置することにより形成できることは理解されるだろう。回折格子構造の面は平行であってもよいし、互いに角度をなしてもよい。例えば、一方の回折格子構造は、光学素子の第１表面上の段差として形成されうり、他方の回折格子構造は、第２表面上に形成されうる。第２表面は、第１表面に対して傾斜してもよい。

上述の実施例は、あくまで例であり、多様な変形は当業者にとって明らかである。例えば、上述の実施例は、（回折部品が利用される光学システムに依存した）所定の基準を参照して説明されてきたが、当業者であれば、他の基準を有する光学システムに関連した使用のために上述の特定の実施例を修正することができるだろう。また、当業者であれば、材料の所望の性能（例えば屈折率／複数の屈折率）に依存して回折部品用の材料を選択するだろう。多様な製造方法は、当業者にとって知られており、例えば、ＯｐｔｉｃａｌＭｅｍｏｒｙ２００３（ＩＳＯＭ’０３）の国際シンポジウムの技術要約におけるＥ．Ｖｅｒｓｔｅｇｅｎ，Ｂ．ＨｅｎｄｒｉｋｓａｎｄＭ．ｖａｎＡｓによる“Ｐｈｏｔｏｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔｐｈａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”のページ１１０−１１１に開示されている。この研究のより詳細な文献は、応用物理Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．７Ｂの日本ジャーナルにおいて見つけることができる。

注意深く選択された高さの段差を有する格子をそれぞれ提供する２つの異なる回折格子構造を含み回折部品を提供することによって、回折部品は、２つより多い異なる波長に対して回折オーダーの異なるセットを選択する格子として使用することができる。更に、回折部品における２つの異なる回折格子構造を用いることによって、少なくとも２つの異なる波長に対して、望ましい場合には、格子構造のピッチ及び向きの双方を異ならしめることが可能となる。

原文の請求項における括弧内の参照符号は、請求項を制限するものと解釈してはならない。明らかながら、動詞“含む”及びその変形の使用は、如何なる請求項において定義される要素以外の他の要素の存在を除外するものでない。要素に先行して付される“ａ”や“ａｎ”といった単数形の単語は、かかる要素の複数の存在を除外するものでない。

本発明の一実施例による光学走査装置の概略図である。第１回折格子構造に対する格子間距離に応じた格子の振幅を示す図である。図１に示す光学走査装置からの幾つかの構成要素を含む概略図であり、格子の第１オーダーの屈折角を如何にして決定できるかを示す図である。近傍のスポット検出器に対して位置決めされた中央ビーム検出器を示す検出器の平面図である。光記録媒体の平面図であり、光ディスク上のトラックに対する放射ビームの３つのスポットの位置を示す図である。５０ｍｍピッチのＤＶＤに対する７スポット格子の高さの分布を示す図である。６０ｍｍピッチのＤＶＤに対する３スポット格子の高さの分布を示す図である。７スポットＤＶＤ及び３スポットＣＤ格子の組み合わせ格子に対する高さの分布を示す図である。

Claims

第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビームにより第１情報層を走査し、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビームにより第２情報層を走査し、第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームにより第３情報層を走査する光学走査装置において、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学走査装置であって、
前記第１、第２及び第３放射ビームを供給する放射源と、
前記第１、第２及び第３放射ビームをそれぞれの情報層上に収束させる対物レンズ系と、
前記第１、第２及び第３放射ビームの光路に配置される回折部品とを含み、
該回折部品が、
前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、
前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む、光学走査装置。
前記第２回折格子構造の段差は、前記第１回折格子構造の段差とは異なるピッチを有する、請求項１に記載の光学走査装置。
前記第１回折格子構造は、前記対物レンズ系の光軸に対して第１所定角に向けられ、前記第２回折格子構造は、前記対物レンズ系の光軸に対して第２所定角に向けられる、請求項１に記載の光学走査装置。
前記回折部品は、前記第１及び第２回折格子構造の段差の重ね合せを含む、請求項１に記載の光学走査装置。
前記第１回折格子構造は、前記第１放射ビームを回折して前記第１波長の３スポット型ビームを生成するように構成され、前記第２回折格子構造は、前記第２放射ビームを回折して前記第２波長の３スポット型ビームを生成するように構成される、請求項１に記載の光学走査装置。
前記第１回折格子構造は、複屈折材料から形成される、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載の光学走査装置。
前記第２回折格子構造は、非複屈折材料から形成される、請求項１に記載の光学走査装置。
前記一連の段差の少なくとも１つは、周期あたりの幅が等しい一連の段差である、請求項１に記載の光学走査装置。
前記第１、第２及び第３偏光は、互いに異なる、請求項１に記載の光学走査装置。
第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビーム、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビーム及び第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームを利用する光学走査装置であって、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学装置に用いられる回折部品であって、
前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、
前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む、回折部品。
前記第１回折格子構造は、第１面内に実質的に延在し、前記第２回折格子構造は、前記第１面に対して平行でない第２面内に実質的に延在する、請求項１０に記載の回折部品。
第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビームにより第１情報層を走査し、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビームにより第２情報層を走査し、第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームにより第３情報層を走査する光学走査装置であって、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学走査装置の製造方法であって、
前記第１、第２及び第３放射ビームを供給する放射源を設け、
前記第１、第２及び第３放射ビームをそれぞれの情報層上に収束させる対物レンズ系を設け、
前記第１、第２及び第３放射ビームの光路に配置される回折部品であって、前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造と、前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造とを含む回折部品を設けることを含む、製造方法。
第１波長及び第１偏光を有する第１放射ビーム、第２波長及び第２偏光を有する第２放射ビーム及び第３波長及び第３偏光を有する第３放射ビームを利用する光学走査装置であって、前記第１、第２及び第３波長が互いに異なる光学装置に用いられる回折部品の製造方法であって、
前記第１波長に対してではなく前記第２及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第１回折格子構造を設け、
前記第２波長に対してではなく前記第１及び第３波長に対して２πの整数倍である位相変化をもたらす一連の所定の高さの段差を含む第２回折格子構造を設けることを含む、製造方法。