JP2009510654A - 光学補償器、光学素子、光学走査ヘッド、光学走査デバイス - Google Patents

Abstract

第一の情報層の深さｄに情報層（２’）を有する第一の光学記録担体（３’）及び第二の異なる情報層の深さｄ２に情報層（２’’）を有する第二の光学記録担体（３’’）を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器。第一の及び第二の光学記録担体の走査は、それぞれ第一の波長を有する第一の放射ビーム及び第二の異なる波長を有する第二の放射ビームによって情報層に形成された走査スポット（１６）を使用することで果たされる。光学補償器は、第一の放射ビーム及び第二の放射ビームの経路に配置された輪状の帯域を有する実質的に円形の位相構造を含む。輪状の帯域は、前記の輪状の帯域に入射する放射について走査スポット（１６）のエリアにわたる破壊的な干渉を引き起こす前記の第一の放射ビームへ波面の変更；及び球面収差を補償するための前記の第二の放射ビームへの波面の変更を分与するように適合させられる。本発明のさらなる態様は、放射ビームの開口数を定義するための光学素子に関係する。光学補償器又は光学素子を、二又は三波長のシステムに使用することができる。また、本発明は、光学走査ヘッド、及び光学補償器を使用する光学走査デバイスを開示する。また、本発明は、光学走査ヘッド及び光学走査デバイスに関係する。

Description

本発明は、情報層を有する光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器又は光学素子に関係するが、そこには、担体の二つの異なるもの内に少なくとも二つの異なる情報層の深さがある。

光学記録担体を使用するデータ記憶の分野は、現行では、集中的に調査されたエリアの技術である。光学記録担体は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、従来のディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、ブルー・レイ・ディスク（ＢＤ）、及びハイ・デフィニション・ディジタル・バーサタイル・ディスク（ＨＤＤＶＤ）を含む、数個の形式で存在する。ある形式の内で、読み取り専用型（例．ＣＤ−Ａ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＢＤ−ＲＯＭ）、追記型（例．ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＢＤ−Ｒ）、及び書き換え可能型（例．ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤＲＷ、ＢＤ−ＲＥ）を含む、記録担体の異なるタイプが、利用可能なものである。

光学記録担体の異なる形式を走査するために、異なる波長を有する放射ビームを使用することは、必要なことである。この波長は、ＣＤを走査するためにはおおよそ７８５ｎｍ、ＤＶＤを走査するためにはおおよそ６６０ｎｍ（公式に指定された波長は、６５０ｎｍであるが、しかし、実際には、それは、しばしば６６０ｎｍに近いものであることに留意すること）、並びに、ＢＤ及びＨＤＤＶＤを走査するためにはおおよそ４０５ｎｍである。

光学記録担体の異なる形式は、異なる量のデータを記憶することが可能なものである。最大の量は、放射ビームの波長及びディスクに放射ビームを集束させるために使用された対物レンズの開口数（ＮＡ）に関係付けられるが、その放射ビームで、記録担体が、走査される。走査は、ここにおいて言及されるときには、記録担体におけるデータの読み取り及び／又は書き込み及び／又は消去を含む。

光学記録担体におけるデータは、情報層に記憶される。光学記録担体の情報層は、所定の厚さを有するものであるカバー層によって保護される。光学記録担体の異なる形式は、カバー層の異なる厚さを有する、即ち、保護層が、放射ビームが入射するところの記録担体の側における情報層を覆う。例えば、カバー層の厚さは、ＣＤについてはおおよそ１．２ｍｍ；ＤＶＤ及びＨＤＤＶＤについてはおおよそ０．６；並びにＢＤについてはおおよそ０．１ｍｍ：である。

ある一定の形式の光学記録担体を走査するとき、放射ビームは、情報層における走査スポットへ集束させられる。放射ビームが、光学記録担体のカバー層を通過すると、球面収差が、放射ビームへと導入される。導入された球面収差の量は、カバー層の厚さ及びそれの屈折率、放射ビームの波長及びそれの開口数に依存する。この球面収差を補正するために、同じ量の球面収差が、それが、カバー層によって導入された球面収差を補償するように、光学記録担体のカバー層に到達するより先に、放射ビームに導入される。結果として、放射ビームは、光学記録担体の情報層に集束させられた走査スポットにおいて実質的に球面収差の無いものである。

異なるカバー層の厚さを備えた異なる光学記録担体を走査するために、放射ビームは、カバー層に到達するより先に、異なる量の球面収差をもつことを必要とする。これは、情報層における正しい走査スポットの形成を保証する。その結果として、全ての光学記録担体を走査するために単一の対物レンズを使用するとき、異なるカバー層を有する各々の光学記録担体のタイプについての異なる量の球面収差を、光学特性における差に対処するために、システムによって発生させなければならない。

“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐｈａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ”と題された、Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ、Ｊ．Ｅ．ｄｅ Ｖｒｉｅｓ、及びＨ．Ｐ．Ｕｒｂａｃｈによる論文、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ｖｏｌ．４０，ｐｐ６５４８−６５６０（２００１）（非特許文献１）は、ＣＤの記録担体を走査することと両立できるＤＶＤの記録担体を走査するために設計された対物レンズを与えることが可能なものである非周期的な位相構造（ＮＰＳ）を記載する。

ＤＶＤ／ＣＤコンパチブルレンズのような二つのモードの対物レンズを、ＮＰＳを備えた一方のモードについて最適化されたレンズ又は他方のモードにおいて球面収差を補正するものである回折の構造を組み合わせることによって、実現することができる。三つのモードの対物レンズの場合には、このようなＮＰＳ又は回折の構造に対する要求が、構造が、第三のモードが影響を及ぼされない状態にしておく一方で、二つのモードにおける異なる量の球面収差を補償する必要があるので、非常に厳格なものである。

多数の現行で提案された解決手段の欠点は、それらが、各々波長について異なる次数で回折するグレーティングに頼るというものである。これは、補正を必要とするものである収差の量と波長との間の関係を押し付ける。例えば、ＢＤの対物レンズシステムを、それぞれグレーティングのゼロ次、一次、及び二次の回折を使用することによって、ＤＶＤ及びＣＤと両立できるものとすることができる。これは、ＣＤについて導入された収差の量が、同じ形状及びＤＶＤについてのもののおおよそ二倍の程度を有するとすれば、実行可能な解決手段である。これが、与えられた波長及びカバー層の厚さに対してこのシステムについて必ずしも正確に真実であるとは限らないので、別の小さい補正を加えなければならない。

ＨＤＤＶＤの三重のモードの対物レンズについては、これは、補正されることを必要とするものである、ＨＤＤＶＤとＤＶＤとの間のＯＰＤにおける差が、補正されることを必要とするものである、ＤＶＤとＣＤとの間の又はＨＤＤＶＤとＣＤとの間のＯＰＤにおける差と比較して、非常に小さいものであるので、より困難なものでさえある。

国際公開第０３／０６０８９２号パンフレット（特許文献１）は、二つの又は三つの異なる放射ビームを使用することで二つの又は三つの光学記録担体の情報層を走査するための光学走査デバイスを記載する。各々の放射ビームは、ある偏光及びある波長を有する。デバイスは、対物レンズ及び放射ビームの一つ又は二つの波面収差を補償するための非周期的な位相構造（ＮＰＳ）を含む。位相構造は、複屈折性の材料を含むと共に非周期的な階段状のプロフィールを有する。位相構造は、走査される記録担体のタイプに依存する、それぞれの放射ビームへ二つの異なる量の球面収差を導入する。しかしながら、これは、複屈折性の材料の使用によってなされるが、その使用は、位相構造が、製造することが相対的な高価なものであるであることを意味する。

より高い情報密度を有する記録担体は、情報を読み取るために、より小さい直径の走査スポットを要求する。光学記録担体に集束させられるものである、ある一定の波長についての走査スポットの直径は、開口数で割られた波長に比例するものである。従って、より高い情報密度を有する記録担体は、より短い波長及びより高い開口数について設計される。三つの波長のシステムにおいて、走査スポットの大きさが、それぞれの光学記録担体について適当に低減されるように、三つの波長のより短い二つについて連続的に開口数を増加させることは、望ましいことである。

先行技術のシステムにおいて、より長い波長についての開口数は、典型的には、同心の環に適切に配置された且つ光路に配列された、二つのコーティングを有する二色性の板によって、限定される。これらのコーティングは、異なる波長を選択的に透過させると共に、三つの異なる波長についての三つの異なる開口数を提供するために配置され得る。例えば、コーティングを、最も短い波長を有する放射が、板の直径によって、又は、光路における他の場所に置かれた機械的な開口によって、決定された開口数を与える、板の開口の全体にわたって透過させられるように、配置することができる。

板の、外側の輪状の領域、又は環、に配列された、一方のコーティングを、中間の及び最も長い波長の放射の通過を予防するために、配置することができ、このように中間の波長の放射についての開口数を限定する。板の内側の輪状の領域にわたって配列された、他方のコーティングを、最も長い波長の放射の通過を予防するために、配置することができ、最も長い波長の放射についての開口数をさらに限定する。

刊行物ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ ４４ ｎｏ３ Ａｕｇ １９９８，５９１頁から６００頁まで（Ｙａｍａｄａ等）（非特許文献２）は、（ＣＤを走査するための）より長い波長の放射についての開口数を限定する、ＣＤ及びＤＶＤを走査するための二波長のデバイスを開示する。文献は、ホログラムレンズとして形成された内側の区画及びまっすぐな、即ち、湾曲したもの又は楕円形のものでない、階段の形態における位相構造を有する回折格子として形成された外側の区画が提供されたホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を開示する。

ＨＯＥに入射するより短い波長の放射は、ＤＶＤに走査スポットを形成するために使用されるものである平行なビームとして内側の及び外側の区画の両方における回折無しに、透過させられる。これは、ホログラムにおける階段の高さ及びグレーティングを、それらが、より短い波長の放射において２πの整数倍の位相の階段を引き起こすように、選択することによって、達成される。ホログラムに入射するより長い波長の放射は、ＣＤにおいて走査スポットへ集束するために、一次の透過させられた発散するビームにおいて、優先的に回折される。グレーティングに入射するより長い波長の放射は、走査スポットに集束するものではない一次の透過させられたビームにおいて、優先的に回折される。結果として、より長い波長の走査スポットを形成するビームの開口数は、内側の区画におけるホログラムの大きさによって決定される。ＣＤとＤＶＤとの間のカバー層の厚さにおける差を補償する球面収差は、いわゆる有限の共役の方法を使用することで、発生させられる。

国際公開第０２／２９７９８号パンフレット（特許文献２）は、検出器が、異なる波長を有する二つの放射ビームを検出するものである、光学走査デバイスにおける使用に適合させられた位相構造を開示する。位相構造は、波面の勾配における不連続性を引き起こすために放射ビームの一方の波面の形状を変化させる。これは、不連続性の外側における波面が検出器に到達することを予防すると共に、検出器に入射する放射ビームの開口数を限定する。不連続性は、傾斜する表面を有する階段を備えた位相構造を提供することによって、果たされる。これらの傾斜する表面は、階段の上部のエリアにわたって変化する波面の変更を分与する。しかしながら、このような傾斜する階段を製造することは、困難なことである。

用語“階段”が、ここにおいて使用される場合には、それは、二つの隣接した鉛直の壁及びそれらの間の表面を意味するもの解釈されるべきであり、ここで、“壁”は、鉛直の表面であると共に“鉛直な”は、光軸に実質的に平行な及び／又は放射ビームの伝播の局所的な方向に実質的に平行なことを意味する。階段の表面は、近隣の表面から異なる高さにある；この高さは、近隣の階段の間の“高さの差”と称される。さらには、“階段の高さ”は、これにより、階段におけるある点と階段が形成されるものである構造の基部との間の距離として定義される。用語“近隣の階段”は、別の階段のすぐ次の階段（即ち、垂直な壁を共有する二つの階段）を指すと共に、用語“近隣の表面”は、近隣の階段のそれぞれの表面を指す。“近くの”階段は、ここにおいては、別の階段の付近における階段として定義される；近くの階段は、近隣の階段を含むが、しかし、近隣の階段である必要はない。階段の“幅”は、放射ビームの断面の半径の方向における階段の広さとして定義される。
国際公開第０３／０６０８９２号パンフレット 国際公開第０２／２９７９８号パンフレット Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｋｓ，Ｊ．Ｅ．ｄｅ Ｖｒｉｅｓ，ａｎｄＨ．Ｐ．Ｕｒｂａｃｈ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ｖｏｌ．４０，ｐｐ．６５４８−６５６０（２００１） ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ ４４ ｎｏ３ Ａｕｇ １９９８，ｐｐ．５９１−６００

本発明の目的は、有限の共役の方法を使用することなく、異なる波長について要求された量の球面収差を発生させるものである且つ異なる波長について要求された開口数を定義するものである、あまり高価ではない光学補償器を提供することである。

本発明の一つの態様に従って、提供されるものは、第一の情報層の深さｄ_１に情報層を有する第一の光学記録担体及び第二の異なる情報層の深さｄ_２に情報層を有する第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器であるが、それぞれ第一の波長を有する第一の放射ビーム及び第二の異なる波長を有する第二の放射ビームによって情報層に形成された走査スポットを使用するものであると共に、光学補償器は、第一の放射ビーム及び第二の放射ビームの経路に配置された輪状の帯域を有する実質的に円形の位相構造を含む；それにおいて、前記の輪状の帯域は、前記の輪状の帯域に入射する放射について走査スポットのエリアにわたる破壊的な干渉を引き起こす前記の第一の放射ビームへ波面の変更；及び球面収差を補償するための前記の第二の放射ビームへの波面の変更
：を分与するために適合させられる。

本発明は、光学走査デバイスは、同じ光学システムを使用することで、異なる波長を要求する、少なくとも二つの異なるタイプの記録担体を走査することを可能にするところの方式を提供する。光学補償器の輪状の帯域は、第一の放射ビームの放射が走査スポットのエリア（即ち、走査スポットのエアリー（Ａｉｒｙ）パターンの第一の暗い環内のエリア）に到達することを予防すると共に、それによって、第一の放射ビームについての開口数を決定する。

これは、正しい大きさの走査スポットが、読み取られる記録担体に形成されることを意味する。光学補償器は、第二の放射ビームの波面を変更する；従って、光学補償器は、第二の放射ビームの走査スポットが、正しく形成されるように、第二の放射ビームにおける球面収差を補正することができるものである。これは、第二の記録担体を読み取ること及びそれに書き込むことができることを意味する。本発明に従った光学補償器の費用は、それが、複屈折性の材料の使用を要求するものではないため、相対的に低いものである。さらには、本発明の実施形態の位相構造は、例えば、それが、対物レンズと統合されるところの事例においては、傾斜する階段を有することがある。しかしながら、位相構造を、平坦な階段、即ち、放射ビームの伝播の局所的な方向に対して実質的に垂直なものであるもの、を使用することで、構築することができる。

光学補償器は、第三の情報層の深さｄ_３に情報層を有する第三の光学記録担体を走査するためにさらに適合させられるが、前記の走査することは、第三の放射ビームを使用すると共に、それにおいては、前記の輪状の帯域は、前記の第三の放射ビームへ実質的にゼロの波面の変更を分与するために適合させられる。

このように、光学補償器は、光学走査デバイスが、同じ光学システムを使用することで、異なる波長及び開口数を要求する、三つの異なるタイプの記録担体を走査することを可能にすることがある。輪状の帯域は、第三の放射ビームに対しては実質的に不可視なものである。

光学補償器は、輪状の帯域のまわりにさらなる輪状の帯域を含むことがあると共に、さらなる輪体は、前記の第一の放射ビームへの波面の変更が、前記のさらなる輪状の帯域に入射する放射について走査スポットのエリアにわたって破壊的な干渉を引き起こすような、前記の第一の放射ビームへの波面の変更；及び前記の第三の放射ビームへの実質的にゼロの波面の変更：を提供するために適合させられる。

このように、光学補償器のさらなる輪状の帯域は、光学記録担体のさらなる輪状の帯域を通過するものである第一の放射ビームからの放射が走査スポットの位置に到達することを予防することによって、第一の放射ビームの開口数を定義することにおいて、援助する。さらなる輪状の帯域は、光学デバイスのさらなる輪状の帯域が、このビームに対して実質的に不可視なものであるように、第三の放射ビームに影響を及ぼすものではない。このように、第三の放射ビームの開口数は、低減されるものではない。

さらなる輪状の帯域は、前記のさらなる輪状の帯域に入射する放射について走査スポットのエリアにわたって破壊的な干渉を引き起こす前記の第二の放射ビームへの波面の変更：を提供するために適合させられる。

このように、光学デバイスのさらなる輪状の帯域は、光学記録担体のさらなる輪状の帯域を通過するものである第二の放射ビームからの放射が走査スポットの位置に到達することを予防することによって、第二の放射ビームの開口数をさらに限定する。

光学補償器のさらなる輪状の帯域は、複数の階段を含むことがあると共に、階段の各々の高さにおける差は、第三の放射ビームの波長の整数倍に等しい位相の階段を生じさせることがある。

このように、階段は、階段によって第三の放射ビームへと、位相差が導入されない、即ち、２πｎの位相差が導入されるので、第三の放射ビームに対して不可視なものであると共に、ここで、ｎは、整数である。

光学補償器の輪状の帯域は、複数の階段を含むことがあると共に、階段の各々の高さにおける差は、第三の放射ビームの波長の整数倍に等しい位相の階段を生じさせることがある。このように、階段は、位相差が、階段によって第三の放射ビームへと導入されないので、第三の放射ビームに対して不可視なものである。

階段の高さは、近くの階段を通過する第一の放射ビームの部分の間における位相差が、おおよそπであるように、選定される。

このように、近隣の階段を通過する第一の放射ビームの部分は、第二の及び／又はさらなる輪状の帯域において破壊的な干渉をうけることになる。これは、第一の放射ビームと関連させられた開口数を低減する。

前記の輪状の帯域及び／又は前記のさらなる輪状の帯域を通過する第一の放射ビームの２０％未満は、走査スポットの第一の暗い環内のエリアに到達することがある。これは、放射ビームが、焦点にもたらされるとき、第一の放射ビームの良好な相殺を可能にする。相殺を、位相の階段の幅を選定することによって、最適化することができる。

近くの階段は、第二の放射ビームへ実質的に一定の位相変化を導入するために適合させられる。

これは、走査スポットのエアリーパターンの内側のエリアに到達する第一の放射ビームについての輪状の帯域の透過効率が、２０％又はより少ないものであるように、波面へπの位相変化を導入する階段の表面の面積と共に第一の放射ビームの波面へ実質的にゼロの位相差を導入する階段の表面の面積がだいたい等しいものにされることを可能にする。内側のエリアは、第一の放射ビームに属する走査スポットのエアリーパターンの第一の暗い環内のエリアである。第一の放射ビームは、光学補償器のさらなる輪状の帯域によって回折されることがあると共に、それにおいて、第一の放射ビームの強度は、光学補償器のゼロ次の最大で実質的にゼロである。

これは、ゼロ次の光学補償器の波面が、相殺されるのに対して、第一の放射ビームの非ゼロ次の放射が、焦点から離れて回折させられることを可能にする。

本発明の第二の態様に従って、提供されるものは、放射ビームによって形成された走査スポットを使用することで第一の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器である；光学補償器は、輪状の帯域を有する位相構造を含むと共に放射ビーム中に配置されるが、それにおいて、前記の輪状の帯域は、前記の輪状の帯域に入射する放射について走査スポットのエリアにわたって破壊的な干渉を引き起こす前記の第一の放射ビームへの波面の変更を分与するように適合させられると共に、それにおいて、前記の輪状の帯域は、非周期的な位相の階段を含む。

これは、輪状の帯域が、輪状の帯域における適当な位置に階段を置くことによって、輪状の帯域にわたって望まれた量の波面の変更を分与することができることを意味する。非周期性は、輪状の帯域における位相構造の回折の効果を低減するが、放射を不鮮明にすると共に放射の高い強度を有する走査スポットのまわりのエリアの形成を低減する。このような高い強度のエリアは、情報の読み取りに影響を及ぼすことがある。

本発明の第三の態様に従って、提供されるものは、第一の又は第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための放射ビームの開口数を定義するための光学素子であるが、前記の走査することは、それぞれ第一の又は第二の放射ビームで果たされると共に、前記の光学素子は、内側の半径及び外側の半径を有する輪状の帯域を含むものであって、それにおいて、前記の輪状の帯域の前記の内側の半径は、前記の第一の放射ビームについての開口数を定義すると共に、前記の輪状の帯域の前記の外側の半径は、前記の光学素子における前記の第一の放射ビームの断面よりも小さいものである。

このように、本発明のこの態様は、第一の放射ビームの開口数を限定するものであると共に第一の放射ビームの波面の断面が輪状の帯域の外側の半径よりも大きいものである光学素子を提供する。開口数は、第一の放射ビームの波面の傾斜が、輪状の帯域の外側を通過する放射が走査スポットのエリア内に届かないようなものであるため、この方式で限定される。また、光学素子に入射する第二の放射ビームは、輪状の帯域の外側の半径よりも大きい断面を有する。このビームの放射は、位相構造を通じて走査スポットへ通過する。また、輪状の帯域の外側に入射する放射の部分は、位相構造を通過することなく、走査スポットへ通過すると共に、従って、光学素子の透明度が、増加させられることで、放射の損失を低減する。

光学素子は、前記の輪状の帯域のまわりに、さらなる輪状の帯域を含むが、前記のさらなる輪状の帯域は、内側の半径及び外側の半径を有すると共に、それにおいて、前記のさらなる輪状の帯域の前記の内側の半径は、前記の第二の放射ビームについての開口数を定義すると共に、それにおいて、前記のさらなる輪状の帯域の前記の外側の半径は、前記の光学素子における前記の第二の放射ビームの断面よりも小さいものである。

このように、この発明は、第二の放射ビームの開口数を限定するものであると共に第二の放射ビームの波面の断面がさらなる輪状の帯域の外側の半径よりも大きいものである光学素子を提供する。第二の放射ビームの波面の斜面は、輪状の帯域の外側を通過する放射が走査スポットのエアリーパターンの第一の暗い環によって囲まれたエリア内に届かないようなものであるため、開口数は、この方式で限定される。

この補償器が、三波長の光学走査デバイスにおいて使用されるとすれば、第三の放射ビームが、第三の光学記録担体を走査するために使用される場合に、さらなる輪状の帯域の外側に入射する第三の放射ビームの部分は、光学補償器の位相構造を通過するものではないと共に、従って、光学素子が使用されるものである光学システムの透明度は、あまり放射の損失が無いものであるように、増加させられる。

本発明の第四の態様に従って、提供されるものは、第一の光学記録担体及び第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器であるが、光学補償器は、第一の放射ビーム及び第二の放射ビームの経路に配置された位相構造を含むと共に、それにおいて、前記の位相構造は、前記の第一の放射ビームについての第一の開口数；前記の第二の放射ビームについての第二の異なる開口数：を提供すると共に、前記の第一の及び第二の開口数は、第一の放射ビームの波面へと位相構造によって導入された位相変化及び第二の放射ビームの波面へと位相構造によって導入された位相変化によって定義されるために適合させられる。

このように、光学補償器は、二色性の材料の使用無しに、それぞれの波面へと位相変化を導入することによって、第一の及び第二の放射ビームの開口数を限定するための方式を提供する。

例えば、ＤＶＤ及びＢＤ又はＤＶＤ及びＣＤ又はＣＤ及びＨＤＤＶＤとの使用のための光学補償器が、本発明に従って提供されることがある。

さらには、前記の光学補償器は、それぞれ三つの放射ビームを使用することで、三つの異なるタイプの光学記録担体を走査することができるものである光学走査デバイスにおける第一の及び第二の放射ビームの開口数を限定することがある。よって、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤ又は代わりにＨＤＤＶＤ、ＤＶＤ及びＣＤを走査することができるものであるシステムが、提供されることがある。これらのシステムにおいて、ＤＶＤ及びＣＤを走査するための又はＢＤ（若しくはＨＤＤＶＤ）、ＤＶＤ及びＣＤを走査するための放射ビームの開口数は、光学補償器によって定義されることがある。

本発明の第五の態様に従って、提供されるものは、第一の情報層の深さｄ_１に情報層を有する第一の光学記録担体及び第二の異なる情報層の深さｄ_２に情報層を有する第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学素子であるが、それぞれ第一の波長を有する第一の放射ビーム及び第二の異なる波長を有する第二の放射ビームによって情報層に形成された走査スポットを使用すると共に、光学素子は、中央の第一の及び第二の放射ビームが、前記の走査スポットへ通過するために配置されるところの帯域を含むが、光学素子は、中央の帯域のまわりに且つ第一の放射ビーム及び前記第二の放射ビームの経路に配置された、実質的に円形の位相構造を有する輪状の帯域をさらに含む；それにおいて、前記の輪状の帯域は、前記の輪状の帯域に入射する放射について走査スポットのエリアにわたる破壊的な干渉を引き起こす前記の第一の放射ビームへ波面の変更を分与するように適合させられる；と共に、それにおいて、前記の輪状の帯域は、前記の走査スポットへ前記の第二の放射ビームを通過させる。

輪状の帯域において、第一の放射ビームは、破壊的な干渉にかけられると共に、第二の放射ビームは、輪状の帯域を通じて走査スポットへ通過する。まっすぐな階段を有するグレーティングの形態における、上に述べたＹａｍａｄａの文献に開示された知られた位相構造を、第二の放射ビームにおける焦点はずれ又は球面収差のような回転対称な収差を導入するためには使用することができない。

上の光学走査補償器を含む、光学走査ヘッドが、提供されることがある。本発明に従った補償器の使用は、光学ヘッドにおける開口数を定義する素子についての必要性を回避するが、それによって、構築を単純化すると共に光学ヘッドの費用を低減する。

上の光学補償器を含む、光学走査デバイスが、提供されることがある。

図１は、それぞれ、第一の、第二の、及び第三の異なる放射ビームを備えた第一の、第二の、及び第三の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスを概略的に示す。第一の光学記録担体３’は、図に描かれると共に、第一の放射ビーム４’の手段によって走査されるものである第一の情報層２’を有する。第一の光学記録担体３’は、カバー層５’を含むが、そのカバー層の一方の側には、情報層２’が、配置される。カバー層５’から離れて面する情報層の側は、保護層６’によって環境の影響から保護される。カバー層５’は、第一の情報層２’についての機械的な支持を提供することによって、第一の光学記録担体３’用の基体として作用する。

あるいは、機械的な支持が、第一の情報層２’の他方の側における層によって、たとえば、保護層６’によって、又は、最上の情報層へ接続された追加の情報層及びカバー層によって、提供される一方で、カバー層５’は、第一の情報層２’を保護するという単独の機能を有することがある。

第一の情報層２’は、カバー層５’の厚さに対応するものである第一の情報層の深さｄ_１を有する。（示されない）第二の及び第三の光学記録担体は、それぞれ、第二の及び第三の光学記録担体の（示されない）カバー層の厚さに対応する、それぞれ、第二の及び第三の異なる情報層の深さｄ_２、ｄ_３を有する。第三の情報層の深さｄ_３は、第一の情報層の厚さｄ_１よりも小さいものである第二の情報層の深さｄ_２よりも少ないものである、即ち、ｄ_３＜ｄ_２＜ｄ_１。

第一の情報層２’は、第一の光学記録担体３’の表面である。同様に、（示されない）第二の及び第三の情報層は、それぞれ、第二の及び第三の光学記録担体の表面である。用語ここにおいて“深さ”に言及する場合には、それは、カバー層の屈折率を含むものであると解釈されるべきである、即ち、それは、担体の層の物理的な深さに限定されるものではない。光学補償器は、ＤＶＤ及びＨＤＤＶＤの両方との使用のために配置されることがある。これらの光学記録担体の両方において、カバー層の物理的な厚さは、０．６ｍｍであると共に、両方のものの所望の開口数は、０．６５である。しかしながら、異なる波長が、ＤＶＤ及びＨＤＤＶＤを走査するために使用される。使用された対物レンズに依存するが、ＨＤＤＶＤ及びＤＶＤを走査するための放射ビームは、異なる波長の理由で、異なる球面収差の補正を必要とすることがある。

光学記録担体の各々の情報層は、少なくとも一つのトラック、即ち、集束させられた放射の走査スポットによって追跡されるものである経路を含有すると共に、その経路において、情報を表すための光学的に読み取り可能なマークが、配置される。マークは、例．ピット、又は、周囲から異なる反射係数若しくは磁化の方向を備えたエリアの形態にあることがある。第一の光学記録担体３’が、ディスクの形状を有する事例においては、後に続くものは、与えられたトラックに関して定義される：“径の方向”は、トラックとディスクの中心との間の基準軸、（図１における頁に垂直な）Ｘ軸の方向であると共に、“接線の方向”は、地ラックに接する、Ｘ軸に垂直な、且つ情報平面におけるものである、別の軸、Ｙ軸、の方向である。Ｚ軸は、情報平面に垂直なものである。この実施形態においては、第一の光学記録担体３’は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）であると共に第一の情報層の深さｄ_１は、おおよそ１．２ｍｍである、第二の光学記録担体は、従来のディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）であると共に第二の情報層の深さｄ_２は、おおよそ０．６ｍｍである、及び、第三の光学記録担体は、ブルー・レイ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）^ＴＭ・ディスク（ＢＤ）であると共に第三の情報層の深さｄ_３は、おおよそ０．１ｍｍである。

図１において示されたように、光学走査デバイス１は、光軸ＯＡを有すると共に放射源システム７、コリメーターレンズ１８、ビームスプリッター９、対物レンズシステム８、及び検出システム１０を含む。さらには、光学走査デバイス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・アクチュエーター１３、及び、誤差補正用の情報処理ユニット１４を含む。

放射源システム７は、第一の放射ビーム４’、（図１に示されない）第二の放射ビーム及び／又は第三の異なる放射ビームを連続的に又は同時に生じさせるために、配置される。例えば、放射源７は、放射ビームを連続的に供給するための調整可能な半導体レーザー又はこれらの放射ビームを同時に若しくは連続的に供給するための三つの半導体レーザーのいずれかを含むことがある。第一の放射ビーム４’は、第一の所定の波長λ_１を有する、第二の放射ビーム４’’は、第二の異なる所定の波長λ_２を有する、及び、第三の放射ビーム４’’’は、第三の異なる所定の波長λ_３を有する。この実施形態においては、第三の波長λ_３は、第二の波長λ_２よりも短いものである。第二の波長λ_２は、第一の波長λ_１よりも短いものである。

この実施形態においては、第一の、第二の、及び第三の波長λ_１、λ_２、λ_３は、それぞれ、おおよそ、λ_１について７７０から８１０ｎｍまで、λ_２について６４０から６８０ｎｍまで、λ_３について４００から４２０ｎｍまでの範囲内にあると共に、好ましくは、それぞれ、おおよそ７８５ｎｍ、６６０ｎｍ、及び４０５ｎｍである。これらの波長を、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、及びＢＤを走査するために使用することができる。本発明は、これらの波長又は記録担体システムの選定に限定されるものではない。しかしながら、異なる波長の間の差は、少なくとも２０ｎｍであるべきであると共に、より好ましくは、おおよそ５０ｎｍであるべきである。

コリメーターレンズ１８は、第一の放射ビーム４’を第一の実質的にコリメートされたビーム２０’へと変換するための光軸ＯＡに配置される。同様に、それは、第二の及び第三の放射ビームを第二の実質的にコリメートされたビーム２０’’及び第三の実質的にコリメートされたビーム２０’’’へと変換する。

ビームスプリッター９は、対物レンズシステム８に向かって第一の、第二の、及び第三のコリメートされた放射ビームを変換するために配置される。好ましくは、ビームスプリッター９は、光軸ＯＡに関して角度α、且つ好ましくは、α＝４５°でチルトされた平行平面板である。

対物レンズシステム８は、第一の、第二の、及び第三のコリメートされた放射ビームを、それぞれ、第一の、第二の、及び第三の光学記録担体における所望の焦点へ集束させる。第一の放射ビームについての所望の焦点は、第一の走査スポット１６’である。第二の及び第三の放射ビームについての所望の焦点は、それぞれ、（図２に示された）第二の及び第三の走査スポット１６’’、１６’’’である。各々の走査スポットは、適当な光学記録担体の情報層におけるある位置に対応する。各々の走査スポットは、好ましくは、実質的に回折限界のものであると共に、情報層の適切な走査を可能にするために７０ｍλよりも少ないものである平方自乗平均の波面収差を有する。

走査する間に、第一の光学記録担体３’は、（示されない）スピンドルで回転すると共に、その次に、第一の情報層２’は、カバー層５’を通じて走査される。集束された第一の放射ビーム２０’は、第一の情報層２’に反射すると共に、それによって、対物レンズシステム８によって提供された前進の収束する集束された第一の放射ビームの光路に戻るものである反射された第一の放射ビームを形成する。対物レンズシステム８は、反射された第一の放射ビームを反射されたコリメートされた第一の放射ビーム２２’へ変換する。ビームスプリッター９は、検出システム１０に向かって反射された第一の放射ビーム２２’の少なくとも一部分を透過させることによって、反射された第一の放射ビーム２２’から前進の第一の放射ビーム２０’を分離する。

検出システム１０は、反射された第一の放射ビーム２２’の前記の部分を取得する及びそれを一つの又はより多くの電気信号へ転換するために配置されるものである、収束レンズ２５及び象限検出器２３を含む。信号の一つは、情報信号Ｉ_ｄａｔａであり、その情報信号の値は、情報層２’に走査された情報を表す。情報信号Ｉ_ｄａｔａは、誤差補正用の情報処理ユニット１４によって処理される。検出システム１０からの他の信号は、フォーカス誤差信号Ｉ_{ｆｏｃｕｓ}及びラジアル・トラッキング・誤差信号Ｉ_{ｒａｄｉａｌ}である。信号Ｉ_{ｆｏｃｕｓ}は、第一の走査スポット１６’と第一の情報層２’の位置との間の光軸ＯＡに沿った高さにおける軸上の差を表す。好ましくは、この信号は、とりわけ、“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ Ｓｙｓｓｔｅｍｓ”，ｐｐ．７５−８０と題された、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ，Ｊ．Ｂｒａａｔ，Ａ．Ｈｕｉｊｓｅｒ等による本（Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ １９８５ ＩＳＢＮ ０−８５２７４−７８５−３）から知られたものである“非点収差の方法”によって形成される。この集束させる方法に従って検出システムに入射する放射ビームに非点収差を作り出すためのデバイスは、図解されないものである。ラジアル・トラッキング誤差信号Ｉ_{ｒａｄｉａｌ}は、第一の走査スポット１６’と第一の走査スポット１６’によって追跡されるものである情報層２’におけるトラックの中心線との間の第一の情報層２’の平面における距離を表す。好ましくは、この信号は、とりわけ、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ，ｐｐ．７０−７３による本から知られたものである“ラジアル・プッシュ−プルの方法”によって形成される。

サーボ回路１１は、信号Ｉ_{ｆｏｃｕｓ}及びＩ_{ｒａｄｉａｌ}に応答して、フォーカス・アクチュエーター１２及びラジアル・アクチュエーター１３を制御するためのサーボ制御信号Ｉ_{ｃｏｎｔｒｏｌ}を提供する。フォーカス・アクチュエーター１２は、光軸ＯＡに沿った対物レンズシステム８のレンズの位置を制御するが、それによって、第一の走査スポット１６’の位置を、それが、第一の情報層２’の平面と実質的に一致するように制御する。ラジアル・アクチュエーター１３は、Ｘ軸に沿った対物レンズシステム８のレンズの位置を制御するが、それによって、第一の走査スポット１６’の径方向の位置を、それが、第一の情報層２’において追跡されるものであるトラックの中心線と実質的に一致させるように制御する。

図２は、光学走査デバイスの対物レンズシステム８を概略的に示す。本発明の実施形態に従った、対物レンズシステム８は、それぞれ、第一の及び第二の異なる波面の変更ＷＭ_１、ＷＭ_２を第一の及び第二の放射ビーム２０’、２０’’の少なくとも一部分へと導入するために、配置される。

対物レンズシステム８は、光軸ＯＡに両方とも配置されるものである光学補償器又は光学素子及び対物レンズ３２を含む。対物レンズ３２は、光学記録担体から離れた方向に面する非球面の面を有する。レンズ３２は、この例においては、ガラスで形成される。レンズは、無限の共役レンズとして設計されることがある。

この実施形態における光学補償器は、位相構造を有する補正器の板３０の形態にある。補正器の板３０は、一連の輪状の帯域を含む位相構造が形成されるところの平面の基礎の基体を含む。

図３は、位相構造３０の概略的な平面図を示す。位相構造は、第一の帯域３４、第二の輪状の帯域３６、及び第三のさらなる輪状の帯域３８を含む。（例えば、ＢＤを走査するための）第三の放射ビームの波面に影響を及ぼすことがない一方で、第一の帯域３４は、（例えば、それぞれ、ＣＤ及びＤＶＤを走査するための）第一の及び第二の放射ビームにおいて球面収差を補償するための補正を導入するように適合させられる。第二の帯域３６は、第二の帯域を通過してきたものである第一の放射ビームの光学走査デバイスの焦点における強度が、低いものであるように、第一の放射ビームが破壊的な干渉をうけることを引き起こすように適合させられる。また、第二の帯域は、第二の放射ビームへと要求された球面収差の補正を導入すると共に、第三の放射ビームに対して実質的に不可視なものである。第三の帯域３８は、再度、第三の帯域を通過してきたものであると共に記録担体を走査するために使用されるものではない第一の放射ビームの光学走査デバイスの焦点における強度が、低いものであるように、第一の放射ビームが破壊的な干渉をうけることを引き起こすように適合させられる。第三の帯域３８は、第三の帯域３８を通過するものである第二の放射ビームの部分が、光学走査デバイスにおける焦点へともたらされないように、配置される。再度、第三の帯域３８は、第三の放射ビームに対して実質的に不可視なものである。

このように、位相構造３０は、三つの放射ビームの各々について異なる開口数を定義するものである光学素子を提供する。位相構造の第一の帯域３４を通過するものである第一の波長のビームの部分のみが、光学記録担体を読み取るために使用されると共に、従って、λ_１の波長を有する、第一の放射ビームについての補償器の位置における放射ビームの断面の直径は、第一の帯域の直径、すなわち、上で議論した例においては１．２ｍｍ、に対応する。異なる対物レンズを有するシステムは、ビームの直径について異なる値を有することがあると共に、光学補償器の帯域は、異なる寸法を有することが要求されることがある。

さらに、位相構造の第一の及び第二の帯域３４、３６を通過するものである第二の波長のビームの部分のみは、ディスクを読み取るために使用されると共に、従って、第二の波長のビームについての補償器の位置における放射ビームの断面の直径は、第二の帯域の外径、すなわち、１．６ｍｍに対応する。位相構造の第一の、第二の、及び第三の帯域３４、３６、３８は、第三の放射ビームに対して不可視なものであると共に、従って、補償器は、第三の放射ビームの断面を低減するものではない。これは、例えば、第三の放射ビームについて０．８５の開口数を与えることがある。第二の及び第三の放射ビームについての開口数は、それぞれ、０．６５及び０．５であることがある。位相構造は、入射する放射ビームの物体が、レンズの共役に（例えば、無限に）あるときでさえ、それぞれの放射ビームの開口数を限定する。ＮＡが定義されるところの場所は、好ましくは、瞳の位置にある。よって、ＣＤ及びＤＶＤを走査するために、ＮＡを定義する位相構造は、好ましくは、瞳の位置に位置させられると共に、ＢＤを走査するために、放射の経路における位相構造又はいくつかの他の機械的な開口を、瞳の位置に位置させることができる。

このように、位相構造は、第一の及び第二の放射ビームの開口数を限定するが、その開口数は、第一の及び第二の放射ビームへ所望の量の補正を導入すると共にその補正が走査スポットのより良好な質に至る一方で、それぞれのビームの焦点におけるより大きい走査スポットに帰着する。位相構造の第二の及び第三の帯域は、第三の放射ビームに影響を及ぼすものではない；これは、対物レンズ３２が、この例において第三の放射ビームについて最適化されるので、必要とされることではない。図３に示された位相構造は、実質的に円形のものである。用語“円形の”が、ここにおいて使用される場合には、それは、即ち、楕円形の断面の放射ビームについて設計された、実質的に楕円形のものを含むものであると、解釈されるべきである。光学補償器を、対物レンズに重ねることができるか、又は、別個の光学的な構造として形成することができる。

図４は、側面からみた図３の位相構造のグラフを示す。それは、第一の、第二の、及び第三の帯域３４、３６、３８が、異なる高さの数多くの階段４０で作り上げられることを示す。第一の帯域３４において、階段４０の高さは、概略的に純粋に示される；縦座標における数は、第二の及び第三の帯域における階段の高さを表すだけのものであると共に、第一の帯域に使用された階段の高さを表すものではない。第一の帯域は、第一の及び第二の放射ビームにおける球面収差を補正するために設計される。これは、出願人の番号０４１０６４６２．７及び代理人の整理番号ＰＨＮＬ０４１３８８ＥＰＰのより先の欧州特許出願に記載された数多くの方式で果たされることがある。この文献においては、ＢＤで最適化された対物レンズとの使用のための非周期的な位相構造（ＮＰＳ）が、開示される。対物レンズが、ＢＤについて最適化されるので、三つの波長について使用されたＮＰＳの部分にわたって、即ち、本発明における第一の帯域にわたって、ＤＶＤ及びＣＤについて残留するＯＰＤの少なくともいくつかを補償することは、必要なことである。ＤＶＤ及びＣＤのモードについて残留するＯＰＤを補正するためには、非球面の表面に重ねられた階段を有する、一連のＮＰＳの帯域が、提供される。階段は、ＤＶＤ及びＣＤについて残留するＯＰＤの少なくともいくつかを補償するが、しかし、また、ＢＤモードへ小さい量の収差を加える。この場合（ＢＤについて最適化されたレンズ）には、階段の高さは、範囲：

内にある。

追加の径方向の表面のプロフィールが、各々の帯域において使用されるが、そのプロフィールは、メリット関数を使用することで発生させられる。最良の局所的な帯域の高さは、各々の径方向の位置について別個に決定される。これを達成するために、局所的な帯域の高さは、変動させられると共に、各々の局所的な帯域の高さについて、メリット関数が、決定される。

最低のメリットでの局所的な帯域の高さは、最高の質を有すると共に、その半径についての最良の局所的な帯域の高さとして選定される。走査スポットに残留するＯＰＤが、ゼロに近いものであるとき、波長（ＣＤ、ＤＶＤ又はＢＤ）についての質は、高いものである。メリット関数は、各々の波長についての質を考慮に入れると共に、メリット関数によって測定されるような最高の全体的な質を提供するために質のバランスをとる。残留するＯＰＤ（ＲＯＰＤ）は、補正されなければならないものであるＯＰＤから帯域の高さによりＯＰＤを差し引くこと、及び、全ての残留するＯＰＤが−０．５個の波と＋０．５個の波との間にあるように、この値の端数部分を取ることによって計算される。

使用されることがあるものであるメリット関数の例は、後に続くもの：

である。

式（２）において、ＲＯＰＤ_ＢＤ、ＲＯＰＤ_ＤＶＤ、及びＲＯＰＤ_ＣＤは、動作の異なるモードについての残留するＯＰＤである。それらは、一つの波長での高い残留するＯＰＤが、構造における放射の損失の点からみると、他の波長での低い残留するＯＰＤよりもはるかに悪いものであることを保証するためには、与えられた偶数の且つ正のべき乗、この例では４乗、である。重み付けの因子Ｗ_ｘｘで、各々のモードの寄与に、モードの要件に依存して、重みを付けることができる。

メリット関数は、各々の波長についての、又は、波長の少なくとも二つについての、ＲＭＳ（平方自乗平均）の残留するＯＰＤが、好ましくは、０．５個の波よりも少ない、より好ましくは０．４個よりも少ない、及び、いっそうより好ましくは０．３３３個の波よりも少ないものであるように、最適な解決手段を選択する。

あるいは、第一の帯域は、出願人の番号ＩＢ２００５／０５０９１８、それぞれ代理人の整理番号ＰＨＮＬ０４１３８８ＥＰＰ及びＰＨＮＬ０４１３８８ＷＯの先の欧州特許出願に記載されたものであることがある。この文献においては、位相構造は、ＤＶＤで最適化された対物レンズとの使用のために開示される。グレーティングは、光学補償器の非球面の表面に重ねられる。グレーティングの−１次（ｍ_３）は、ＢＤの放射における球面収差を補正するために使用される、且つ、グレーティングの１次は、ＣＤの放射における球面収差を補正するために使用される（ｍ_１）、且つ、ゼロ次は、ＤＶＤの放射について使用される（ｍ_２）。回折次数の位置は、後に続く条件：

が、適用可能であるようなものである。

本発明へ逆戻りすると、第二の及び第三の帯域における階段４０の高さは、図４に図表を用いて表されると共に、下で計算される。第三の放射ビームに実質的に光路差を導入することが無いための階段の高さが、選定されると共に、下の式（３）：

を使用することで計算される。

この式において、ｉは、整数である、λ_ＢＤは、（この例において、ブルー・レイ・ディスクを走査するために使用された）第三の放射ビームの波長である、且つ、ｎ_ＢＤは、位相構造が作られるところの材料のλ_ＢＤについての屈折率である。位相構造が、異なる材料と界面で接続するとき、分母は、この材料の屈折率及びｎ_ＢＤの差になる。このように、帯域の高さは、基本的な階段の高さの整数倍（１，２，３，など）だけ異なる。その次に、第一の及び第二の放射ビームへ導入された対応する位相変化は、後に続く等式：

を使用することで計算される。

１≦ｉ≦１０についてのこれらの計算の結果は、後に続く表：において示される。

表１

図４に示された第二の及び第三の帯域における階段４０の高さは、上に与えられたｈ_ＢＤの計算された値の一覧表より選択される。その次に、第二の帯域３６において使用されるものである、この一覧表からの階段の高さは、それらが第二の放射ビーム（ＤＶＤ）へ導入するＯＰＤの量に従って選定される。従って、第二のビームにおける球面収差を、所望の量のＯＰＤが、第二の帯域にわたって第二の放射ビームへと導入されるように、階段の高さの選定及び階段の間における距離の選定によって、補償することができる。

図５は、光学素子の第一の又は第二の帯域にわたったいずれの補正も無しにＸ軸に沿った及びＹ軸に沿った第二の放射ビームについてのＯＰＤを示すが、本質的に、光学素子によって補正しなければならないものである球面収差を示す。第一の帯域は、１．２ｍｍの半径で終わると共に、第二の帯域は、１．６ｍｍの半径で終わる。

図６は、上で議論した様式におけるもののような、第一の帯域における補正の後の、しかし第二の及び第三の帯域における補正無しの、第二の放射ビームについての残留するＯＰＤを示す。グラフからみてとることができるように、第二の放射ビームのＯＰＤは、第二の帯域のスタートに対応する、１．２ｍｍの半径で鋭く上昇するが、そこでは、補正が果たされてきていない。

図７は、第二の及び第三の帯域における位相構造による補正無しに、第一の放射ビームについての残留するＯＰＤを示す。このグラフからみてとることができるように、第一の放射ビームのＯＰＤは、第二の帯域のスタートに対応する、１．２ｍｍの半径で鋭く上昇する。

上に述べたように、図３と関連して、第二の帯域の性質は、二倍である：第一に、第二の放射ビームのＯＰＤの２πを法としたものは、おおよそゼロまで低減されるべきである。これを果たすために、要求された径方向の位置Ｐ_ｘ，ｙにおける要求された量によって位相差を低減するものである表１からの階段の高さが、選定される。

第二に、第二の帯域における第一の放射ビームの波面に適用された補償は、第一の放射ビームのこの部分が、走査スポットに寄与しないように、位相構造のこの帯域を通過する第一の放射ビームの部分が、破壊的な干渉をうけることを引き起こすべきである。これを達成するために、近くの階段からの放射が、第二の帯域において破壊的に干渉することになるように、第一の放射ビームのおおまかに等しい量が、実質的に０及びπ（又はπ及び２π）の（２πを法とした）位相の変化に与えられるように、第二の帯域において階段の高さを選定することは、必要なことである。

あるいは、近くの階段を通過する第一の放射ビームの部分の間のＯＰＤにおける差は、破壊的な干渉を果たすために、πに等しいものであるように作られることがある。従って、階段の高さを、それらが、上の述べられた機能の両方を満足するように、即ち、第二の放射ビームのＯＰＤが、おおよそゼロまで低減されるように、且つ、第一の放射ビームが、破壊的な干渉をうけるように、選択しなければならない。さらには、補償器が第三の放射ビームで使用されるような場合には、階段の高さは、また、階段が、第三の放射ビームに対して実質的に不可視なものであるように、選択されるべきである。

この例における要求された階段の高さを計算するためには、図６のグラフが、再度考慮されることになる。図６のグラフから、おおよそ０．４λ_ＤＶＤの位相変化が、第二の帯域のこの部分を通過する放射が、焦点へもたらされると共に正しい位相を有するように、第二の帯域の始まりで、Ｐ_ｘ，ｙ＝１．２ｍｍで、第二の放射ビームへ導入されるべきであることを、決定することができる。

従って、表１から、２．９４６μｍ又は６．６２８μｍのいずれかの階段の高さを使用することができるであろうということを、みてとることができる。表１に従って、これらの階段の高さは、それぞれ、第一の放射ビームへおおよそ２π及びπの位相差を導入する。示された十個の異なる階段の高さが、第二の放射ビームについて五個の実質的に異なる位相変化を与えると共に、五個の位相変化の各々が、第一の放射ビームについて２π又はπの位相変化を与える、第一の放射ビームについての位相変化の対応する対を有することを、表１からみてとることができる。従って、第二の放射ビームへ所望の量の補正を導入するための第二の帯域にわたる階段の高さ及び位置を、それら階段によって第一の放射ビームへ導入された位相のおかげで、近隣の又は近くの階段が、その帯域にわたって第一の放射ビームへ全体的な相殺の効果を与えることを保証する一方で、選定することができる。

第二の帯域にわたって（図４に示されたものでえある）選定された階段の高さは、導入された位相変化の量と一緒に、表２：に示される。

表２

表２から及び表４からみてとることができるように、階段の幅は、不規則なものである、即ち、階段の幅は、同じではない、と共に、階段の幅には周期性が無い。これは、第二の帯域が、実質的に回折の効果を引き起こすものではないことを意味する。さらには、階段の幅は、位相構造が、入射する放射ビームに対して全体的な収束する又は発散する効果を有するようなものではない。このような効果は、仮に階段の幅が、幅が所定の因子の分だけ連続的に増加した又は減少した、即ち、構造が、増加する又は減少する周期を有するものであったかのように、位相構造にわたって変動したとすれば、得られるであろう。

図８は、第二の帯域における階段が第一の放射ビームへ導入するものである２πを法とした位相を述べる、図４からの第二の及び第三の帯域を示す。帯域は、階段の対で作り上げられるが、各々の対における階段は、それぞれ２π及びπの位相変化を与える。近隣の階段の対の幅は、ｐとして与えられると共に、対における階段の間の境界の位置は、ｘとして示される。理想的な位相構造において、ｘは、位相構造のおおよそ等しいエリアが、πの位相変化及び２πの位相変化を導入することを指し示す、ｐの値の正確に半分である；この近似は、小さい薄い環に適用可能である。エリアが、おおよそ等しいものであるとすれば、光学素子のこの帯域を通過する放射の全てが、破壊的な干渉をうけることになると共に、ゼロ次における（即ち、光学デバイスの焦点における）位相構造の効率は、約０％であることになる。位相構造の値が、理想的なものから逸脱すると、ゼロ次における位相構造の効率は、二次の依存性で（一次の近似まで）増加する。０．５個の波（πの位相）の２πを法とした位相の高さを与えるものである階段についてのｘ／ｐ＝０．７から０．３までに対するゼロ次におけるパワーについての値が、後に続く表：に与えられる。

表３

この発明の実施形態において、２０％より下のゼロ次におけるパワーは、許容可能なものであるが、しかし、１０％より下のパワーが、好適なものである。上の議論は、近隣の階段の対に関係するものであった。しかしながら、階段が近隣のものであることは、必要なことではない；上の議論は、問題の階段が、例えば、階段３６ａ及び３６ｂ；又は３６ａ及び３６ｃのような、単に近くのものであるとすれば、当てはまる。

図８に指し示された階段についてのｘ／ｐの値を、今、計算することにする。この例において、ｘの値は、０．０５８ｍｍであると共に、ｐの値は、０．２００ｍｍである。これは、ｘ／ｐの値が０．２９であることを意味する。これらの階段を通過する放射の走査スポットにおける効率を低減するためには、階段３６ｂを、三つの階段についてのｘ／ｐの値が、一緒に、０．５０に可能な限り近いものとしてもたらされるように、二つの階段へ分割することができるであろう。例えば、（０．１４２ｍｍの幅及び３．６８２μｍの高さを有する）階段３６ｂを、二つの階段と取り替えることができるであろうし、それら階段の両方は、第二の放射ビームについて同じ所望の位相変化、この場合にはゼロの位相変化、を与えると共に、それら階段は、第一の放射ビームにおいてπの位相変化を与える。階段３６ｂを、０．１００ｍｍの幅及び３．６８２μｍの高さを有する第一の階段並びに０．０４２ｍｍの幅及び０μｍの高さを有する第二のものへと分割することができるであろう。全体の帯域は、第一の放射ビームについて任意のおそらくゆっくりと変動する又は一定の位相のオフセットを有することがある。

図９は、上の表２に示された階段の高さ及び位置を使用する、第二の帯域における補正の後の第一の及び第二の帯域における第二の放射ビームについての残留するＯＰＤを示す。図９からみてとることができるように、第二の帯域にわたる残留するＯＰＤは、０．２λ_ＤＶＤよりも少ないものである。図１０は、第二の帯域における補正の後の第一の及び第二の帯域における第一の放射ビームについての残留するＯＰＤを示す。第二の帯域における残留するＯＰＤの振幅は、高い空間周波数の位相の変動を有すると共に、ピークからピークまでの振幅は、非常に高いものである。このように、波面における相互に対して近くの第一の放射ビームの光線は、顕著に異なる位相を有することになると共に、相互に干渉することになる。この干渉は、光学補償器の第二の帯域を通過する第一の波長の放射が、走査スポットの部分を形成することにならず、それによって第一の放射ビームの開口数の所望の定義を提供するようなものである。

位相構造の階段の高さが、第二の帯域からの第一の放射ビームの許可しがたいパワーが光学デバイスの焦点に存在するようなものであるとすれば、パワーを低減するために階段のいくつかの高さを変えることは、可能なことである。例えば、階段の一つを、二つの階段へと分割することができるであろうし、それら階段の両方は、第二の放射ビームへ実質的に同じ位相変化を与えるが、しかし、それら階段は、第一の放射ビームへ（π及び０のような）相殺する位相変化を与える。この方式では、第一の放射ビームの焦点におけるパワーを、第二の放射ビームについての補正の効果を維持する一方で、低減することができる。

次に、位相構造の第三の帯域において導入された補正の考慮がなされることになる。図１１は、第三の帯域における補正より先の第二の放射ビームの残留するＯＰＤを示す。図からみてとることができるように、位相構造の第三の帯域の始まりに対応する、位相は、１．６ｍｍの半径で鋭く増加する。また、位相構造の第二の帯域に残留する図９にみられた小さい変動を、このグラフにおいてみてとることができる。曲線の勾配が、位相構造の第三の帯域を通過してきたものである第二の放射ビームのいずれも、（グラフの勾配が、第三の帯域のいずれの部分にわたっても平坦なものではないので、）焦点にもたらされないようなものであることを、このグラフにおいてみてとることができる。この効果は、この特定の例における対物レンズにおいて第一の放射ビームへ導入されてしまったものである焦点はずれの量によるものである。従って、この帯域において第二の放射ビームのＯＰＤを補償することは、それが、すでに分散させられたものである且つ走査スポットの質に影響を及ぼすものではないので、必要なことではない。

図１２は、第三の帯域における補正より先の第一の放射ビームの残留するＯＰＤを示す。再度、位相は、（補正がまだなされてきてないところの）第三の帯域の始まりに対応する、１．６ｍｍで鋭く上昇する。また、この放射が、補正が果たされないとすれば、走査スポットに向かって進行することになることを指し示す、波面が、１．６とおおよそ１．７２ｍｍとの間でおおまかに平坦なものである（位相の勾配が実質的にゼロに等しい）ことを、このグラフからみてとることができる。従って、平坦な波面を備えた放射が走査スポットに到達することを予防するために、それによって、開口数を低減するために、ビームが、それ自体と破壊的に干渉するように、第三の帯域にわたって第一の放射ビームへ位相変化を加えることは、必要なことである。

前述と同様に、これは、第三の放射ビームへ位相変化を導入しないものであるが、しかし、第一の放射ビームへ所望の量の位相変化を導入するものである、階段の高さを選定することによって、なされる。第三の帯域において第二の放射ビームの位相を変えることの要件が無いので、あらゆる他の階段の階段高さは、製造の簡単さのために同じものであり得ると共に、階段の高さの間の空間は、ｘ／ｐの値が、最適な相殺及び製造の簡単さを与えるために、０．５に近いものであり得るように、均一なものであり得る。しかしながら、第二の放射ビームの波面は、第三の帯域を通過する放射が、走査スポットに到達するように、変えられるべきではない。第三の帯域における位相構造のこのような実施形態は、実際上は、回折格子である；これは、必ずしも周期的ではないものである、第二の帯域における位相構造の部分に対して対照をなすと共に、ここに開示された例においては非周期的なものである。

第三の帯域における階段の高さの値の例を、後に続く表：においてみてとることができる。

表４

みてとることができるように、第三の帯域は、位相構造の第三の帯域の連続的な階段を通過する第一の放射ビームの部分へ０又はπの位相変化を与える。このように、第一の放射ビームは、第三の帯域においてそれ自体を相殺する。

この例において、第三の帯域の構造が、実際上は、面取りされた回折格子であるので、拡散の回折次数が、発生させられる。ゼロ次の回折ビームは、第一の放射ビームが、破壊的な干渉をうけてしまっているという事実のせいで、このグレーティングには存在しないものであると共に、従って、走査スポットへ進行する放射は無い。

図１３は、第三の帯域における補正の後の第一の放射ビームについての残留するＯＰＤを示す。位相は、１．７２ｍｍの半径で鋭く増加するが、その半径は、位相構造の終わりに対応する。ここでは、これを超えた径方向の点で放射の位相を変えることの要件が無いため、光学補償器における位相構造を終わらせることは、可能なことである；第一の波長の波面が、ここでＰ_ｘ，ｙ＞１．７２ｍｍであるが、集束するスポットに向かって進むことは、図１２のグラフの勾配からみてとることができる。この様式で短縮させられるものである位相構造を配置することは、これが、光学補償器の製造の困難性を低減するため、好都合なものである。さらには、第三の波長の放射が通過するための位相構造が無いものであると共に、ここでＰ_ｘ、ｙ＞１．７２ｍｍであり、且つ、これは、そうでなければ位相構造が導入するものであろう、波面に対するいずれの可能な小さい変化をも除去する。このように、Ｐ_ｘ，ｙ＞１．７２ｍｍの後に位相構造を省略することによって、第三の光学記録担体の走査の質は、改善されることがある。図１４は、拡大された第二の及び第三の帯域についての図１３のグラフの区画を示す。

代替の構成において、ここでは、第三の帯域において第二の放射ビームを補正することが、必要なことであるが、補正は、近くの又は近隣の階段を通過する第一の放射ビームの部分が、それら自体を相殺することを保証する一方、第二の放射ビームへ所望の量の位相差を導入するものである階段の高さを選定することによって、第二の帯域における第一の及び第二の放射ビームの補正と同じ方式で果たされる。この場合には、位相構造は、第二の及び第三の帯域にわたって非周期的なものであることがあると共に、回折の効果が、起こらないことになる。非周期的な構造は、階段のピッチにおける突然の変化を有する；それは、放射ビームへ焦点はずれ又は球面収差を分与する回折格子に生じるもののような、階段のピッチにおける徐々の変化を有するものではない。

必要であれば、第三の帯域の外側におけるさらなる第四の帯域を、位相構造へ加えることができる。これは、例えば、放射の経路において機械的な開口を使用することの代わりに、ＢＤについての開口数を定義するために、有用なものであり得るであろう。

補正の後に、第二の放射ビームについての最大のピークからピークまでの残留するＯＰＤが、可能な限り小さいものであることは、望ましいことである。好ましくは、残留するＯＰＤのピークからピークまでの値は、０．５８よりも少ない、より好ましくは０．４８個の波よりも少ない、及び、いっそうより好ましくは、０．３３３８又は０．２８個の波よりも少ないものである。しかしながら、残留するものは、より高い次数の収差である。

上の実施形態は、本発明の実例となる例として理解されるものである。本発明のさらなる実施形態が、予見される。例えば、上の計算を、ブルー・レイ、ＤＶＤ、及びＣＤのディスクを走査するための波長についてしてきた一方で、放射ビームのいずれの波長又は異なる波長の組み合わせについても本発明を使用することは、可能なことである。いずれか一つの実施形態に関係して記載されたいずれの特徴をも、単独で又は記載された他の特徴との組み合わせで使用されることがあると共に、また、実施形態のいずれの他のものの一つの又はより多くの特徴との組み合わせと若しくは実施形態のいずれの他のもののいずれの組み合わせとも、使用されることもあることは、理解されることである。さらには、上に記載されなかった均等物又は変更物もまた、添付する請求項に定義されるものである、本発明の範囲を逸脱することなく、用いられることがある。

図１は、本発明の実施形態に従った光学走査デバイスを概略的に示す； 図２は、本発明の実施形態に従った光学走査デバイスの光学システムを概略的に示す； 図３は、本発明の実施形態に従った光学補償器の平面図を概略的に示す； 図４は、図３の光学補償器のプロフィールを示すグラフである； 図５は、第一の帯域における補正より先の、光学補償器の第一の及び第二の帯域にわたる第二の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図６は、第二の帯域における補正より先の、光学補償器にわたる第二の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図７は、第二の帯域における補正より先の、光学補償器にわたる第一の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図８は、図４に示された光学補償器の第二の及び第三の帯域を示す； 図９は、第二の帯域における補正の後の、光学補償器の第一の及び第二の帯域にわたる第二の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図１０は、第二の帯域における補正の後の、光学補償器の第一の及び第二の帯域にわたる第一の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図１１は、第三の帯域における補正より先の、光学補償器にわたる第二の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図１２は、第三の帯域における補正より先の、光学補償器にわたる第一の放射ビームについての波面収差を示すグラフである； 図１３は、第三の帯域における補正の後の、光学補償器にわたる第一の放射ビームについての波面収差を示すグラフである；及び 図１４は、図１３の波面収差の拡大された像を示すグラフである。

Claims (16)

1. 第一の情報層の深さに情報層を有する第一の光学記録担体及び第二の異なる情報層の深さに情報層を有する第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器であって、それぞれ第一の波長を有する第一の放射ビーム及び第二の異なる波長を有する第二の放射ビームによって前記情報層に形成された走査スポットを使用すると共に、
   − 前記光学補償器は、前記第一の放射ビーム及び前記第二の放射ビームの経路に配置された輪状の帯域を有する実質的に円形の位相構造を含む、光学補償器において、
   前記輪状の帯域は、
   − 前記輪状の帯域に入射する放射について前記走査スポットのエリアにわたる破壊的な干渉を引き起こす前記第一の放射ビームへ波面の変更；及び
   − 球面収差を補償するための前記第二の放射ビームへの波面の変更
   ：を分与するように適合させられる
   ことを特徴とする、光学補償器。
2. 前記光学補償器は、第三の情報層の深さに情報層を有する第三の光学記録担体を走査するようにさらに適合させられ、前記走査することは、第三の放射ビームを使用すると共に、前記輪状の帯域は、前記第三の放射ビームへ実質的にゼロの波面の変更を分与するように適合させられる、請求項１に記載の光学補償器。
3. 前記光学補償器は、前記輪状の帯域のまわりにさらなる輪状の帯域を含むと共に、
   前記さらなる輪体は、
   − 前記第一の放射ビームへの波面の変更が、前記さらなる輪状の帯域に入射する放射について前記走査スポットのエリアにわたって破壊的な干渉を引き起こすような、前記第一の放射ビームへの波面の変更；及び
   − 前記第三の放射ビームへの実質的にゼロの波面の変更
   ：を提供するように適合させられる、請求項２に記載の光学補償器。
4. 前記さらなる輪状の帯域は、
   − 前記さらなる輪状の帯域に入射する放射について前記走査スポットのエリアにわたって破壊的な干渉を引き起こす前記第二の放射ビームへの波面の変更
   ：を提供するように適合させられる、請求項３に記載の光学補償器。
5. 前記さらなる輪状の帯域は、複数の階段を含むと共に、前記階段の各々の高さにおける差は、前記第三の放射ビームの波長の整数倍に等しい位相の階段を生じさせる、請求項３又は４に記載の光学補償器。
6. 前記輪状の帯域は、複数の階段を含むと共に、前記階段の各々の高さにおける差は、前記第三の放射ビームの波長の整数倍に等しい位相の階段を生じさせる、請求項２乃至５のいずれかに記載の光学補償器。
7. 前記階段の高さは、近くの階段を通過する前記第一の放射ビームの部分の間における位相差が、実質的にπであるように、選定される、請求項５又は６に記載の光学補償器。
8. 前記輪状の帯域及び／又は前記さらなる輪状の帯域を通過する前記第一の放射ビームの２０％未満は、前記走査スポットのエリアに到達する、請求項７に記載の光学補償器。
9. 前記近くの階段は、前記第二の放射ビームへ実質的に一定の位相変化を導入するように適合させられる、請求項７又は８に記載の光学補償器。
10. 前記第一の放射ビームは、前記光学補償器の前記さらなる輪状の帯域によって回折させられると共に、前記第一の放射ビームの強度は、前記走査スポットのエリアにわたって実質的にゼロである、請求項３に記載の光学補償器。
11. 放射ビームによって形成された走査スポットを使用することで第一の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器であって；
    − 前記光学補償器は、輪状の帯域を有する位相構造を含むと共に前記放射ビーム中に配置され、前記輪状の帯域は、前記輪状の帯域に入射する放射について前記走査スポットのエリアにわたって破壊的な干渉を引き起こす前記第一の放射ビームへの波面の変更を分与するように適合させられる、光学補償器において、
    前記輪状の帯域は、非周期的な位相の階段を含む
    ことを特徴とする、光学補償器。
12. 第一の又は第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための放射ビームの開口数を定義するための光学素子であって、
    前記走査することは、それぞれ第一の又は第二の放射ビームで果たされると共に、前記光学素子は、内側の半径及び外側の半径を有する輪状の帯域を含む、光学素子において、
    前記輪状の帯域の前記内側の半径は、前記第一の放射ビームについての開口数を定義すること、及び、前記輪状の帯域の前記外側の半径は、前記光学素子における前記第一の放射ビームの断面よりも小さいものである
    ことを特徴とする、光学素子。
13. 前記輪状の帯域のまわりに、さらなる輪状の帯域を含むと共に、前記さらなる輪状の帯域は、内側の半径及び外側の半径を有し、前記さらなる輪状の帯域の内側の半径は、前記第二の放射ビームについての開口数を定義すると共に、前記さらなる輪状の帯域の外側の半径は、前記光学素子における前記第二の放射ビームの断面よりも小さいものである、請求項１２に記載の光学素子。
14. 第一の光学記録担体及び第二の光学記録担体を走査するための光学走査デバイスにおける使用のための光学補償器であって、前記光学補償器は、前記第一の放射ビーム及び前記第二の放射ビームの経路に配置された位相構造を含む、光学補償器において、
    前記位相構造は、
    − 前記第一の放射ビームについての第一の開口数；
    − 前記第二の放射ビームについての第二の異なる開口数
    ：を提供すると共に、前記第一の及び第二の開口数は、前記第一の放射ビームの波面へと前記位相構造によって導入された位相変化及び前記第二の放射ビームの波面へと前記位相構造によって導入された位相変化によって定義される
    ように適合させられることを特徴とする、光学補償器。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の光学走査補償器を含む、光学走査ヘッド。
16. 請求項１５に記載の光学ヘッドを含む、光学走査デバイス。

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