JP4347052B2

JP4347052B2 - 光学系のための像面湾曲の減少

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Publication number: JP4347052B2
Application number: JP2003550208A
Authority: JP
Inventors: ハーウェーヘンドリクス，ベルナルデュス; フリース，ヨーリットエーデ; ウェーテュケール，テューニス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: US20050041559A1; ATE421751T1; AU2002348880A1; WO2003049094A2; EP1459306B1; AU2002348880A8; CN1276419C; DE60231002D1; CN1599929A; JP2005528718A; WO2003049094A3; EP1459306A2; US7130258B2

Description

発明の詳細な説明

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ヘッドに関し、そのヘッドは、放射ビームを発生させるための放射源、及び放射ビームを情報層上の焦点へ収束するための光学系を含み、光学系は、視界角依存性の第一の波面の偏差を放射ビームへ分与し、及びそのヘッドは、第一の波面の偏差を補償するための放射ビームに配置される補償器を含む。また、本発明は、光学系及び補償器を含む光学デバイスに関し、光学系は、視界角依存性の第一の波面の偏差を、光学デバイスを通過する放射ビームへ分与し、補償器は、第一の波面の偏差を補償するために配置される。

マルチトラックの光学ヘッドは、光学記録担体の情報層上のいくつかのトラックを同時に走査する。これは、光学系によって、異なる視界角を備えた多くのビームを、情報層上で同じ数のスポットへ集束することによって達成され、ここで各々のスポットは、トラックを走査する。光学系が、像面湾曲の波面収差を示すとき、全てのスポットは、情報層上で同時に焦点にあることになるとは限らず、スポットが正確には焦点にない、トラックの読み出し信号の劣化に帰着する。光学系が単一のレンズからなるとき、像面湾曲は、ｃ１がレンズの第一の面の曲率、ｃ２がレンズの第二の面の曲率、ｎがレンズの材料の屈折率で、最低次数に対して

に比例する。像面湾曲を有さないために、レンズの面の半径は、同じでなければならないが、それは一般的に実際的ではない。これは、対物レンズの像面湾曲を減少させるための他の方法に対する方策をなさなければならないことを意味する。

光記録に対するだけでなく、写真レンズ、映画投射レンズ、マイクロリソグラフィー用のレンズのような光学設計の他のエリアに対してもまた、像面湾曲は、レンズの良好な特性のために補正しなければならない、支配する収差である。

レンズの像面湾曲を補償するための方法は、“フィールドフラットナー”と呼ばれる、追加の負レンズを加えることである（例えば、Ｗ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ，Ｍｏｄｅｒｎｏｐｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ）ｃｈａｐｔｅｒ１３）を参照のこと）。系に対するフィールドフラットナーのパワーの寄与を低く保つために、レンズの焦平面付近にフィールドフラットナーを位置決めしなければならない。それが、顕著な減少した像面湾曲に帰着するが、焦平面に近い素子を位置決めすることの欠点は、それが、塵及び他の汚染物に対して敏感になることである。光記録に対して、このような解決手段は、ディスクの被覆層の厚さのために、実際的ではない。結果として、フィールドフラットナーは、少なくとも、焦平面から遠いディスクの被覆層の厚さに等しい距離にあり、それはフィールドフラットナーの作用を顕著に減少させる。

像面湾曲を減少させるための別の方法は、Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓｖｏｌ．３２，（１９９３）ｐｐ．６０−６６に発表された論文に提案されてきたが、ここで像面湾曲を補正するために階段レンズを使用する。階段レンズ（又は切り込みつきのレンズ）を、ゼロの組み合わせられたパワーを備えた屈折の基板及びブレーズドキノフォームの組み合わせとして、考慮することができる。このようなブレーズドキノフォームを、一つの特定の回折次数で１００％の効率をもたらすために、設計することができるが、現実の回折格子は、このような高い効率を決して達成しない。光学ヘッドの光路の効率のこの減少は、記録担体に情報を書き込むと共に高速で記録単体から情報を読み取るために大量の放射エネルギーを要求する、光学記録計において不都合である。これらの周期的な回折格子の構造の別の欠点は、それらが、一般的に、多数の帯域を含有することであり、それらを、製造することを困難にする。

当該発明の目的は、像面湾曲の効果が、上述の不都合無しに低減させられたものであるところの、光学ヘッドを提供するということである。

この目的は、本発明に従って、補償器が、視界角依存性の特性を有する材料の位相構造を含むとすれば、達成され、その位相構造は、異なる視界角依存性の長さの光路長の非周期的なパターンを形成する輪状のエリアの形態を有し、その光路長は、視界角依存性の第一の波面の偏差を補償する第二の波面の偏差を形成する。位相構造の材料及び輪状のエリアの光路長を適切に選ぶとすれば、輪状のエリアの位相構造は、光学系の波面の偏差を補償するための正しい形状及び視界角依存性を有する放射ビームに波面の偏差を導入する。補償は、合計又は部分的であってもよい。位相構造は、光学系の素子に制約を課さず、それによって際立って自由な設計を残す。この自由度に関係した別の態様は、非周期的なパターンを形成する輪状のエリアを相対的に広くすることができることであり、それは、あまり完全ではないことを犠牲として、製造可能性を顕著に改善するが、波面の偏差の十分な補償を満足させる。その製造可能性は、隣接するエリアの光路長が、一つより多い波長だけ異なるとすれば、さらに改善されることになる。本発明のさらなる利点は、補償器を、光学的なパワーを有さないために、設計することができることである。結果として、焦平面の近くに置かなければならない、従来のフィールドフラットナーと反対に、補償器をレンズ系においてどこにも置くことできる。

本発明による位相構造が、非周期的なパターンであり、従って、回折次数を形成しないことに注意するべきである。結論として、非周期的な位相構造は、回折格子の使用してない回折次数の固有の損失を有さない。従って、位相構造が、放射エネルギーの相当の損失なしに、要求される視界角に依存する波面の変化を導入することができるので、補償器は、視界角の依存性において波面における変化を要求する光学ヘッドにおける使用に非常に適切である。

好適な実施形態において、光学ヘッドは、放射ビームに対して第一の波面の偏差として像面湾曲の収差を分与する対物系を含む。補償器上に入射する波面が、補償器の表面の曲率半径と異なる曲率の半径を有するとき、像面湾曲のみならずコマの波面収差もまた補償するために、補償器を設計することができる。

好ましくは、非周期的な位相構造は、光学系の光軸の方向に関してある一定の視界角で、及び対物によって引き起こされた、平方自乗平均（ｒｍｓ）の像面湾曲の波面の誤差の少なくとも５０％を補償する。より好ましくは、補償は、少なくとも７０％である。

好ましくは、軸方向に関して最大の要求される視界角で対物レンズによって発生した像面湾曲によって引き起こされる及び非周期的な位相構造によって補償されるｒｍｓの波面の誤差は、４０ｍλよりも少ない。より好ましくは、波面の誤差は、２０ｍλよりも少ない。

本発明の別の態様は、情報層を有する光学記録担体を走査するための走査デバイスに関し、そのデバイスは、本発明による光学ヘッドを含む。

本発明のさらなる態様は、光学系及び補償器を含む光学デバイスに関し、光学系は、視界角依存性の第一の波面の偏差を、光学系を通過する放射ビームへ分与し、補償器は、第一の波面の偏差を補償するために、放射ビームの経路に配置され、補償器は、視界角依存性の特性を有する位相構造を含み、位相構造は、異なる視界角依存性の長さの光路長の非周期的なパターンを形成する輪状のエリアの形態を有し、光路長は、視界角依存性の第一の波面の偏差を補償する第二の波面の偏差を形成する。光学系は、好ましくは、対物系である。光学系は、屈折及び／又は回折及び／又は反射の系であってもよい。

光学デバイスの好適な実施形態において、ゼロの視界角における光路長の差は、第一の波長の倍数である。その場合には、位相構造は、それが、ゼロでない視界角で放射ビームにおいて波面の偏差を導入することになるのに対して、ゼロの視界角で放射ビームに影響を及ぼさないことになる。

他の光学的な機能を、光学系における素子の表面の一方に回折格子を配置することによって、光学系において統合することができる。光学系を色消しにするために、又はＣＤタイプの記録担体を走査することに対して互換性のあるＤＶＤ対物を造るために、回折格子を使用することができる。

他の光学的な機能を、光学素子の表面の一方に回折格子を配置することによって、補償器において統合することができる。レンズ系を色消しにするために、又はＣＤタイプの記録担体を走査することに対して互換性のあるＤＶＤ対物を造るために、回折格子を使用することができる。

光学的な集合の特別の実施形態において、波面の偏差は、像面湾曲である。

本発明の目的、利点、及び特徴は、添付する図面において図説するような、本発明の好適な実施形態の以下のより特定の記載から明らかになると思われる。

図１は、光学記録担体２を走査するためのデバイス１を示す。記録担体は、透明層３を含み、その一方の側には情報層４が配置される。透明層から遠くに面する情報層の側は、保護層５によって環境の影響から保護される。デバイスに面する透明層の側は、入口面６と呼ばれる。透明層３は、情報層に機械的支持を提供することによって、記録担体に対する基板として作用する。代わりに、情報層の他の側における層によって、例えば、保護層５によって又はさらなる情報層及び情報層４に接続された透明層によって、機械的支持を提供すると同時に、透明層は、情報層を保護するという唯一つの機能を有してもよい。図に示してない実質的に平行な同心の又は螺旋形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担体の情報層４に情報を蓄積してもよい。マークは、任意の光学的に読み取り可能な形態で、例えば、ピット若しくは、反射係数若しくはそれらの周囲と異なる磁化の方向を備えたエリアの形態で、又はこれらの形態の組み合わせであってもよい。

走査デバイス１は、いわゆるマルチトラックタイプのものであり、放射ビーム９を放出することができる放射源１１を含む。放射源は、半導体レーザーであってもよい。回折格子１０は、光軸８と異なる角度をなす、それぞれ−３、−２、−１、０、１、２、３の七つの異なる回折次数に放射源からのビームを回折させる。一般的に、以下において放射ビームは、七つの回折副ビームを含む。ビームスプリッター１３は、コリメータレンズ１４に向かって、発散する放射ビーム１２を反射させ、それは、発散するビーム１２をコリメートされたビーム１５に転換する。コリメートされたビーム１５は、走査デバイスにおいて七つの副ビームの各々の視界角に依存してコリメートされたビームの波面を変調する、透明な補償器１６に入射する。補償器１６から来るビーム１７は、対物系１８に入射する。対物系は、一つ以上のレンズ及び／又は回折格子を含んでもよい。対物系１８は、光軸１９を有する。対物系１８は、ビーム１７を、記録担体２の入口面６に入射する、収束するビーム２０に変化させる。対物系は、透明層３の厚さを通じた放射ビームの通過に適合した球面収差補正を有する。収束するビーム２０は、情報層４上に七つの異なるスポット２１を形成し、各々は、異なる隣接する又は近接した螺旋形のトラックに集束する。情報層４によって反射させられた放射は、発散するビーム２２を形成し、対物系１８によって実質的にコリメートされたビーム２３に、及び引き続きコリメータレンズ１４によって収束するビーム２４に、変換される。ビームスプリッター１３は、検出系２５に向かって、収束するビーム２４の少なくとも一部を透過させることによって、前進の及び反射されたビームを分離する。検出系は、七つの副ビームの放射を別々に取得し、それを電気的な出力信号２６へ転換する。素子１０、１１、１３、１４、１６、１８、及び２５は、走査デバイスにおいて光学ヘッドを形成する。素子１６及び１８は、減少した像面湾曲を有するレンズ系を形成する。

信号処理装置２７は、これらの出力信号を様々な他の信号へ転換する。信号の一つの組みは、一組みの情報信号２８であり、それらの値は、情報層４からの七つの副ビームの各々によって読み取られた情報を表す。情報信号は、誤差補正用の情報処理ユニット２９によって処理される。信号処理装置２７からの他の信号は、中央の又はゼロ次の副ビームから引き出される焦点調節誤差信号及び半径方向誤差信号３０である。焦点調節誤差信号は、スポット２１及び情報層４の間における高さにおける軸上の差を表す。半径方向誤差信号は、スポット２１及びスポットによって追跡される情報層におけるトラックの中心の間における情報層４の平面における距離を表す。焦点調節誤差信号及び半径方向誤差信号は、これらの信号を、それぞれ焦点調節アクチュエータ及び半径方向アクチュエータを制御するためのサーボ制御信号３２に転換する、サーボ回路３１に供給される。アクチュエータは、図に示されてない。焦点調節アクチュエータは、焦点調節方向３３において対物系１８の位置を制し、それによって、中央の副ビームのスポットが、情報層４の平面と実質的に一致するように、スポット２１の現実の位置を制御する。半径方向アクチュエータは、半径方向の方向３４において対物レンズ１８の位置を制御し、それによって、中央の副ビームのスポットが、情報層４における追跡されるトラックの中心線と実質的に一致するように、スポット２１の半径方向の位置を制御する。図におけるトラックは、図の平面に垂直な方向に走る。中央の副ビームが、情報層と焦点にあるので、他の副ビームは、レンズ系が、これらの副ビームから得られた信号の質を顕著に劣化させる、像面湾曲を示すとき、焦点の外にあってもよい。

図１のデバイスを、記録担体２よりも厚い透明層を有する第二のタイプの記録担体もまた走査するために、適合させてもよい。そのデバイスは、放射ビーム１２又は第二のタイプの記録担体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してもよい。この放射ビームのＮＡを、記録担体のタイプに適合させてもよい。よって、対物系の球面収差の補償を適合させなければならない。

図１の実施形態に示される対物系１８は、６５０ｎｍの波長における動作のために０．６のＮＡを有する単レンズである。入射瞳の直径は、３．３ｍｍである。そのレンズは、一つの非球面の及び一つの平面の面を有する。非球面の面は、ガラスレンズの本体の表面上に薄いアクリルの層を適用することのよって作られる。レンズは、１．９２２ｍｍの光軸上における厚さを有する。レンズ本体は、屈折率ｎ＝１．７７６７を備えたＳＦＬ５６のＳｃｈｏｔｔのガラスで作られる。コリメータレンズに向かって方向付けられるレンズ本体の凸面は、２．３２ｍｍの半径を有する。アクリルの層は、ｎ＝１．５６４６の屈折率を有する。光軸におけるこの層の厚さは、２２μｍである。非球面の回転対称な形状を、式

によって記載することができ、ｚは、ミリメートルでの光軸の方向における面の位置、ｒは、ミリメートルでの光軸の半径方向の距離、Ｂ_ｋは、ｒのｋ乗の係数である。放射源に面する対物レンズの面に対するＢ_２からＢ_１０までの値は、それぞれ、０．２４１３７３９３、０．００４６５３５９６６、−０．０００１４９８７０７９、−４．０９５７６３５
１０^−５、−８．３２８３９２７１０^−６である。対物レンズ及びディスクの間における距離は、１．２９０ｍｍである。ディスクの被覆層は、０．６ｍｍの厚さであり、屈折率ｎ＝１．５８０３を備えたポリカーボネートで作られる。七つのスポットの回折格子の三次の回折ビームに対応する副ビームは、対物レンズにおいて０．７３度の視界角を有する。対物レンズの像面湾曲により、この副ビームは、情報層より前に０．４２μｍに集束することになる。外側のビームのこのデフォーカス（焦点はずれ）の収差を、中央のビームに影響を与えることなしに、アクチュエータによって補償することができないので、像面湾曲の収差は、他のそのときの中央の副ビームの焦点のスポット２１の質を減少させることになる。補償器１６は、対物レンズの視界角依存性の収差を補償するために適合させられる。

図２は、補償器１６の概略の断面図を示す。補償器は、透明板５０を含み、その一つの面は、光軸１９まわりに回転対称である、位相構造である。位相構造は、中央のエリア５１及び五つの同心の輪状のエリア５２、５３、５４、５５、及び５６を有する。輪状のエリア５２、５３、５４、５５、及び５６は、中央のエリア５１の高さより上のｈ_１、ｈ_２、ｈ_３、ｈ_４、及びｈ_５の高さを備えた環である。それらエリアの高さは、厚さ及び板５０の半径方向の広がりに関して誇張される。それらの環は、屈折のｎを有する材料で作られる。また、板５０を環と同じ材料で作ってもよい。

高さｈ_ｊは、各々、ｍ_ｊｈに等しく、ｍ_ｊは、整数で、ｈは、

に等しく、ここでλは、波長であり、ｎは、その波長における環の材料の屈折率である。この特定の例において、補償器は、屈折率ｎ＝１．５３１２を備えた材料ＣＯＣで作られる。結果として、その高さｈは、１．２２４μｍに等しい。高さｈ_ｊを備えた輪状のエリアの各々が、ゼロの視界角で放射ビームに（ｍ_ｊ２π）ラジアンの位相変化を導入するので、位相構造は、この角度で放射ビームの波面を変化させない。入射ビームが、視界角θでその構造に入ると、高さｈ_ｊは、（ｍ_ｊ２π）の位相変化をもはや導入しない。放射ビームへ環ｊによって導入される差の位相ΔΦｊは、

に等しい。小さい視界角θに対しては、この式を、

に単純化することができ、視界角θは、ラジアンで表現される。結果として、ビームが、ゼロでない視界角θで補償器に入るときには、補償器は、階段状の波面の偏差を生じさせる。帯域の幅及び高さの適切な設計によって、非周期的な位相構造は、θ^２に比例する、対物の像面湾曲を補償することができる。ビームが、視界角０．７３度（１２．７４ｍｒａｄ（ミリラジアン））で光学ヘッドに入るとすれば、対物レンズは、像面湾曲の収差により、３７．５ｍλ（ミリ波長）のＲＭＳ（平方自乗平均）の視界角で誘発されるデフォーカスを導入する。図３は、放射ビームの半径ｒの関数として、波面Ｗへのデフォーカスの寄与の断面を示す。今、１２．７４ｍｒａｄの視界角で非周期的な位相構造の高さｍ_ｊｈの環ｊによって導入された位相変化ΔΦ_ｊは、０．０００３３３ｍ_ｊラジアンである。位相構造における環の各々に対する整数ｍｊの値を、位相構造が、図３に示すような像面湾曲により波面に対するデフォーカスの寄与を近似するが反対の符号で波面の偏差を導入することになるように、選ばなければならない。表Ｉは、図２に示す四つの輪状のエリアの半径による最適化の結果、各々のエリアの高さ及び１２．７４ｍｒａｄの視界角に対する各々のエリアの通過後における放射ビームの相対的な位相を示す。

図４は、対物レンズ及び補償器の両方を放射ビーム中に配置するときには、θ＝１２．７４ｍｒａｄでのデフォーカスの波面の誤差を示す。今、波面の誤差は、９．３ｍλである。結果として、補償器は、３７．５ｍλから９．３ｍλまでのデフォーカスの波面の誤差から視界角における変化によって引き起こされた対物レンズの像面湾曲の波面収差を減少させる、よって四倍だけの減少である。視界角の一つの値に対する減少のみを示してきたが、対物レンズによって及び補償器によって導入された像面湾曲の波面の偏差の両方が、視界角に二次に比例するので、おおよそ四倍の減少因子は、この実施形態で使用されるゼロの視界角まわりの視界角の全範囲に対してもまた保持することになる。

表Ｉは、階段の高さの分布が、明らかに非周期的であることを示す。さらに、ｍ_ｊの続く値の間における差を一よりも大きくさせることによって、輪状のエリアを、広くすることができ、結果として、輪状のエリアの数は、小さくあり得て（この実施形態では六）、その構造を製造することをより容易にする。輪状のエリアの限定された数の結果として、視界角の効果の補償は、補償の後に残留する波面収差を示す、図４に見ることができるように、完全ではない。輪状のエリアの数を増加させることは、より低い残りの波面収差に、しかし、構造を作ることをより困難に、帰着する。非周期的な構造を作ることの利点は、設計者が、構造の複雑さ対残留する波面収差の間で均衡をとることができることである。

さらに、表Ｉは、階段の高さの絶対値が、各々の帯域の中央の半径の関数として単調に増加していることを示す。像面湾曲が反対の符号を有する、よって、外側の副ビームが情報層の範囲を超えて集束する場合には、ｍ_ｊの値は、負になるが、ｍ_ｊの絶対値は、各々の帯域の中央の半径の関数としてまだ単調に増加している。階段の高さの絶対値の別の特徴は、それらが、各々の帯域の中央の半径の関数として線形よりも多く増加することである。非周期的な構造がその表面のものと実質的に同じである形状を有する、表面における入射の中央のビームの波面とすれば、位相構造の改善された動作は得られる。より詳しくは、波面が実質的に球形であるとすれば、その表面もまた、好ましくは、実質的に球形である。言い換えれば、波面及び表面の曲率半径は、実質的に同じであるべきであり、好ましくはその差は、２０％よりも少ない。例えば、位相構造が、平坦な表面に配置されるとすれば、入射ビームは、実質的に平坦であるべきである。両方の半径が実質的に同じでないときには、像面湾曲は別として、非周期的な位相構造もまた、欧州特許出願第００３０４９９７．２号（ＰＨＮＬ０００６５９ＥＰ−Ｐ）に開示されるようなコマの波面収差を生じさせることになる。導入されたコマの量を、波面及び表面の曲率半径における差によって制御することができるので、対物系１８の実施形態によって導入された像面湾曲及びコマの両方を、ゼロと異なる視界角に対して補償器１６によって減少させるように、非周期的な位相構造のエリア及び高さを設計することができる。

非周期的な位相構造の帯域の数が、記載した実施形態においては六に等しいが、それは、任意の数であってもよい。好ましくは、帯域の数は、波面収差の十分な補償を有するために、二よりも大きい。好ましくは、その数は、製造可能性の理由のための十よりも少ない。

別々の素子として図１に示す補償器１６及び対物系１８を、対物系のレンズの表面上に位相構造５１から５６までを配置することによって、一体化してもよい。好ましくは、位相構造は、非球面のレンズの表面上に配置される。コリメータレンズ１４によって導入されたどんな像面湾曲もまた補償するために、補償器の設計を変更してもよい。

添付した請求項に定義される本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に関して多数の変形及び変更を用いてもよいことを認識することができる。記載した実施形態において、異なる視界角での複数の放射ビームは、対物系を同時に通過する。また、単一のビームが対物系を通過する対物系と組み合わせて補償を使用してもよい。対物系は、平凸レンズとして示される。しかしながら、凸−凸、凸−凹、又は凹−凹レンズのような他のレンズ素子のタイプもまた使用してもよい。記載した実施形態における対物系が単レンズである一方で、それは、二つ以上のレンズ素子を含有する複合レンズであってもよく、その何れか又は両方は、本発明の非周期的な位相構造の部分を含んでもよい。例えば、対物レンズは、屈折の対物レンズ素子及び／又は回折レンズ素子を含んでもよい。本発明による非周期的な位相構造の適用は、光記録の分野に限定されない。光学のどんな分野、例えば、写真技術、映画の投射レンズ、及びマイクロリソグラフィー用のレンズにおいても位相構造を使用してもよい。これらのエリアにおいて、像面湾曲は、レンズの良好な性能のためには補正しなければならない支配する収差である。

上述した実施形態において、いわゆるＤＶＤ形式の記録担体を走査するための走査デバイスを記載する一方で、走査デバイスを、任意の他のタイプの走査される光学記録担体に対して、代わりに又は追加で使用することができることを認識することができる。光学記録担体を走査することに適切な６５０ｎｍ以外の波長の放射を使用してもよいこともまた認識することができる。
［付記］
［付記（１）］：
情報層を有する光学記録担体を走査するための光学ヘッドであって、
当該ヘッドは、放射ビームを発生させるための放射源、及び前記放射ビームを前記情報層における焦点に収束させるための光学系を含み、前記光学系は、視界角依存性の第一の波面の偏差を前記放射ビームへ分与し、及び当該ヘッドは、前記第一波面の偏差を補償するための前記放射ビームに配置される補償器を含み、
前記補償器は、視界角依存性の特性を有する材料の位相構造を含み、
前記位相構造は、異なる視界角依存性の長さの光路長の非周期的なパターンを形成する輪状のエリアの形態を有し、
前記光路長は、前記視界角依存性の第一の波面の偏差を補償する第二の波面の偏差を形成し、
前記第一の波面の偏差は、像面湾曲であることを特徴とする光学ヘッド。
［付記（２）］：
前記非周期的な位相構造は、前記光学系の光軸の方向に関してある視界角で及び前記対物によって引き起こされる、平方自乗平均（ｒｍｓ）の像面湾曲の波面の誤差の少なくとも５０％を補償する付記（１）に記載の光学ヘッド。
［付記（３）］：
軸の方向に関して最大の要求される視界角で前記対物レンズによって発生させられる前記像面湾曲によって引き起こされる及び前記非周期的な位相構造によって補償される、ｒｍｓの波面の誤差は、４０ｍλよりも少ない付記（１）に記載の光学ヘッド。
［付記（４）］：
前記非周期的な位相構造は、複数の輪状の帯域を含み、
前記帯域の各々は、前記位相構造が配置される前記対物レンズの面の形状に関して実質的に一定の高さの階段を含む付記（１）に記載の光学ヘッド。
［付記（５）］：
前記光路長の間における差は、実質的に、少なくとも一つの視界角に対して前記放射ビームの波長の倍数である付記（１）に記載の光学ヘッド。
［付記（６）］：
前記帯域の半径方向の幅は、補償される像面湾曲の量に依存して選択される付記（４）又は（５）に記載の光学ヘッド。
［付記（７）］：
前記帯域の一つは、規格化された瞳座標ρが０．２から０．７までの範囲にわたる領域に位置させられる、前記面の形状に関して測定される、ゼロでない高さｈ _ａを有する付記（６）に記載の光学ヘッド。
［付記（８）］：
前記帯域の最大の半径は、０．７よりも小さい規格化された瞳座標ρを有する付記（７）に記載の光学ヘッド。
［付記（９）］：
前記帯域の一つは、規格化された瞳座標ρが０．７から１．０までの範囲にわたる領域に位置させられる、前記面の形状に関して測定される、ゼロでない高さｈ _ｂを有する付記（６）、（７）又は（８）に記載の光学ヘッド。
［付記（１０）］：
前記帯域（ｂ）の高さｈ _ｂ及び前記帯域（ａ）の高さｈ _ａの比は、一よりも大きい付記（９）に記載の光学ヘッド。
［付記（１１）］：
前記帯域の高さは、前記補償される像面湾曲の収差に関して実質的に最適に選択される付記（４）に記載の光学ヘッド。
［付記（１２）］：
前記帯域の数は、四よりも大きい付記（４）に記載の光学ヘッド。
［付記（１３）］：
前記帯域の数は、十よりも少ない付記（４）に記載の光学ヘッド。
［付記（１４）］：
情報層を有する光学記録担体を走査するためのデバイスであって、
当該デバイスは、付記（１）に記載の光学ヘッドを含むデバイス。
［付記（１５）］：
誤差補正用の情報処理ユニットを含む付記（１４）に記載のデバイス。
［付記（１６）］：
光学系及び補償器を含む光学デバイスであって、
前記光学系は、前記系を通過する放射ビームへ視界角依存性の第一の波面の偏差を分与し、
前記補償器は、前記第一の波面の偏差を補償するために前記放射ビームの経路に配置され、
前記補償器は、視界角依存性の特性を有する材料の位相構造を含み、
前記位相構造は、異なる視界角依存性の長さの光路長の非周期的なパターンを形成する輪状のエリアの形態を有し、
前記光路長は、前記視界角依存性の第一の波面の偏差を補償する第二の波面の偏差を形成し、
前記第一の波面の偏差は、像面湾曲であることを特徴とする光学デバイス。
［付記（１７）］：
前記光路長に間における差は、少なくとも一つの視界角に対して前記放射ビームの波長の倍数である付記（１６）に記載の光学素子の組み。
［付記（１８）］：
前記光学素子は、レンズである付記（１６）に記載の光学素子の組み。
［付記（１９）］：
前記光学素子及び前記補償器は、単一の素子において一体化される付記（１６）に記載の光学素子の組み。

図１は、本発明による走査デバイスを示す。図２は、補償器の断面を示す。図３は、増大した視界角で対物レンズの波面収差を示す。図４は、増大した視界角で対物レンズ及び補償器の組み合わせの波面収差を示す。

Claims

情報層を有する光学記録担体を走査するための光学ヘッドであって、
前記ヘッドは、
放射ビームを発生させるための放射源、
前記情報層における焦点へ前記放射ビームを収束させるための光学系、
前記光学系が、対物レンズを含むこと、
前記光学系が、前記放射ビームへ視界角依存性の第一の波面の偏差を付与すること、及び
前記第一の波面の偏差を補償するための前記放射ビームに配置された補償器
を具備する、光学ヘッドにおいて、
前記補償器は、視界角依存性の性質を有する材料の位相構造を含むと共に、
前記位相構造が、異なる視界角依存性の長さの光路の非周期的なパターンを形成する輪状のエリアの形態を有すること、
前記光路が、前記視界依存性の第一の波面の偏差を補償する第二の波面の偏差を形成すること、及び
前記第一の波面の偏差は、像面湾曲である
ことを特徴とする、光学ヘッド。
請求項１に記載の光学ヘッドにおいて、
前記非周期的な構造は、前記光学系の光軸の方向に関してある一定の視界角での及び前記対物レンズによって引き起こされた平方自乗平均の像面湾曲の波面の誤差の少なくとも７５％を補償する
光学ヘッド。
請求項１に記載の光学ヘッドにおいて、
前記非周期的な位相構造は、複数の輪状の帯域を含むと共に、
前記帯域の各々は、前記位相構造が配置されるところの前記補償器の表面の形状に関して実質的に一定の高さの階段を含む、
光学ヘッド。
請求項１に記載の光学ヘッドにおいて、
前記光路の間の差異は、少なくとも一つの視界角について前記放射ビームの波長の実質的に倍数である、光学ヘッド。
請求項３又は４に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域の径方向の幅は、補償されるものである像面湾曲の量に依存して選択されたものである、光学ヘッド。
請求項５に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域（ａ）の一つは、規格化された瞳座標ρが０．２から０．７までの範囲にわたるところの領域に位置させられた、前記表面の形状に関係して測定された、非ゼロの高さｈ _８を有する、
光学ヘッド。
請求項６に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域の最大の半径は、０．７と比べてより小さい規格化された瞳座標ρを有する、
光学ヘッド。
請求項５、６、又は７に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域（ｂ）の一つは、規格化された瞳座標ρが０．７から１．０までの範囲にわたるところの領域に位置させられた、前記表面の形状に関係して測定された、非ゼロの高さｈ _ｂを有する、光学ヘッド。
請求項８に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域（ｂ）の高さｈ _ｂ及び前記帯域（ａ）の高さｈ _ａの比は、一と比べてより大きいものである、
光学ヘッド。
請求項３に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域の高さは、前記非周期的な位相構造が、補償されるものである像面湾曲の収差を実質的に補償するものである波面の偏差を導入するように、選択されたものである、
光学ヘッド。
請求項３に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域の数は、四と比べてより大きいものである、
光学ヘッド。
請求項３に記載の光学ヘッドにおいて、
前記帯域の数は、十と比べてより少ないものである、
光学ヘッド。
情報層を有する光学記録担体を走査するためのデバイスであって、
前記デバイスは、請求項１に記載の光学ヘッドを含む、
デバイス。
請求項１３に記載のデバイスであって、
焦点誤差信号及び径方向の誤差信号を発生させるための信号処理装置を含む、
デバイス。
光学系及び補償器を具備する光学デバイスであって、
前記光学系が、前記系を通過する放射ビームへ視界角依存性の第一の波面の偏差を付与すると共に、
前記補償器が、前記第一の波面の偏差を補償するために前記放射ビームの経路に配置されたものである、光学デバイスにおいて、
前記補償器は、視界角依存性の性質を有する材料の位相構造を含むと共に、
前記位相構造が、異なる視界角依存性の長さの光路の非周期的なパターンを形成する輪状のエリアの形態を有すること、
前記光路が、前記視界角依存性の第一の波面の偏差を補償する第二の波面の偏差を形成すること、及び、
前記第一の波面の偏差は、像面湾曲である
ことを特徴とする、光学デバイス。
請求項１５に記載の光学系において、
前記光路の間の差異は、少なくとも一つの視界角について前記放射ビームの波長の倍数である、
光学系。
請求項１５に記載の光学系において、
前記光学系は、レンズである、
光学系。
請求項１７に記載の光学系において、
前記レンズ及び前記補償器は、単一の素子に一体化されたものである、
光学系。