(57)【要約】  三つのそれぞれの波長（λ１、λ２、λ３）及び偏光（ｐ１、ｐ２、ｐ３）を有する三つのそれぞれの放射ビーム（４、４’、４’’）で三つの情報層（２、２’、２’’）を走査するための光走査デバイス（１）。三つの波長は、互いに異なる。三つの偏光の少なくとも一つは、他と異なる。そのデバイスは、三つの放射ビームから三つの回折されたビーム（１５、１５’、１５’’）を形成するための一つの階段型の断面を有するパターン素子のパターンを含む回折部分（２４）を含み、その部分は、三つの偏光に感知性の複屈折材料を含む。階段型の断面は、パターン素子の階段の高さ（ｈｊ）が、三つの波長の一つ（λ１）に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に等しいと共に二つの他の波長の一つ（λ２）に対して２πを法とする少なくとも二つの異なる位相変化に等しい位相変化を導入するように、設計される。
2005515579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の波長及び第一の偏光を有する第一の放射ビームによって第一の情報層を、第二の波長及び第二の偏光を有する第二の放射ビームによって第二の情報層を、並びに第三の波長及び第三の偏光を有する第三の放射ビームによって第三の情報層を走査する光走査デバイスであって、
前記第一、第二、及び第三の波長は、実質的に互いに異なり、前記第一、第二、及び第三の偏光の少なくとも一つは、他と異なり、
当該デバイスは、
前記第一、第二、及び第三の放射ビームを連続的に又は同時に供給する放射源、
前記第一、第二、及び第三の情報層の位置に、それぞれ、前記第一、第二、及び第三の放射ビームを収束させる対物レンズ系、並びに
前記第一、第二、及び第三の放射ビームの光路に配置される回折部分
を含み、
前記部分は、前記第一、第二、及び第三の放射ビームから、それぞれ、第一の回折された放射ビーム、第二の回折された放射ビーム、及び第三の回折された放射ビームを形成する実質的に一つの階段型の断面を有するパターン素子のパターンを含み、
前記部分は、前記第一、第二、及び第三の偏光に感知性の複屈折材料を含む光走査デバイスにおいて、
前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第一の波長に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に実質的に等しい位相変化を、及び前記第二の波長に対して２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化を導入するように、設計されることを特徴とする光走査デバイス。
【請求項２】
前記階段型の断面は、さらに、パターン素子の階段の高さが、前記第三の波長に対して２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化に実質的に等しい位相変化を導入するように、設計される請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項３】
前記階段型の断面は、さらに、パターン素子の階段の高さが、前記第二及び第三の波長の両方に対して実質的に同一の位相変化を導入するように、設計され、
前記第三の偏光は、前記第二の偏光と異なる請求項２に記載の光走査デバイス。
【請求項４】
前記複屈折材料の異常光屈折率は、
【数１】
2005515579.tif 000039
に実質的に等しく、
“ｎ０”は、前記複屈折材料の常光線屈折率であり、
“λｂ”及び“λｃ”は、それぞれ前記第二及び第三の波長又はそれぞれ前記第三及び第二の波長である請求項３に記載の光走査デバイス。
【請求項５】
前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第三の波長に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に実質的に等しい位相変化を導入するように、設計される請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項６】
前記階段型の断面は、さらに、パターン素子の階段の高さが、前記第一及び第三の波長の両方に対して実質的に同一の位相変化を導入するように、設計され、
前記第三の偏光は、前記第一の偏光と異なる請求項５に記載の光走査デバイス。
【請求項７】
前記複屈折材料の異常光屈折率は、
【数２】
2005515579.tif 000040
に実質的に等しく、
“ｎ０”は、前記複屈折材料の常光線屈折率であり、
“λｂ”及び“λｃ”は、それぞれ前記第一及び第三の波長又はそれぞれ前記第三及び第一の波長のいずれかである請求項６に記載の光走査デバイス。
【請求項８】
前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第三の波長に対してπの少なくとも二つの異なる奇数の倍数に実質的に等しい位相変化を導入するように、設計される請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項９】
前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第二の波長に対して奇数の実質的に異なる位相変化の少なくとも二つに実質的に等しい位相変化を導入するように、設計される請求項８に記載の光走査デバイス
【請求項１０】
前記パターン素子は、前記パターン素子の隣接する階段の間における相対的な階段高さは、ａλ１に実質的に等しい光路を有する相対的な階段高さを含むように、設計され、
ａは、整数であり、
ａ＞１であり、
λ１は、前記第一の波長である請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項１１】
前記回折部分の形状は、概略円形であり、
前記パターン素子の階段は、概略環状である請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項１２】
前記回折部分は、前記対物レンズ系のレンズの面に形成される請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項１３】
前記回折部分は、前記放射源及び前記対物レンズ系の間に提供される光学板に形成される請求項１に記載の光走査デバイス。
【請求項１４】
前記光学プレートは、四分の一波長板又はビームスプリッターを含む請求項１３に記載の光走査デバイス。
【請求項１５】
第一の波長及び第一の偏光を有する第一の放射ビームによって第一の情報層を、第二の波長及び第二の偏光を有する第二の放射ビームによって第二の情報層を、及び第三の波長及び第三の偏光を有する第三の放射ビームによって第三の情報層を、走査する光学デバイスに使用する回折部分であって、
前記第一、第二、及び第三の偏光は、他と異なり、
当該回折部分は、
前記第一、第二、及び第三の放射ビームの光路に配置され、
前記第一、第二、及び第三の放射ビームから、それぞれ、第一の回折された放射ビーム、第二の回折された放射ビーム、及び第三の回折された放射ビームを形成する実質的に一つの階段型の断面を有するパターン素子のパターンを含み、
前記第一、第二、及び第三の偏光に感知性の複屈折材料を含む回折部分において、
前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第一の波長に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に、前記第二の波長に対して２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化に、及び前記第三の波長に対して、以下の、２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化、２πの少なくとも二つの異なる倍数、又はπの少なくとも二つの異なる奇数の倍数の一つに、実質的に等しい位相変化を導入するように、設計されることを特徴とする回折部分。
【請求項１６】
第一の波長及び第一の偏光を有する第一の放射ビームによって第一の情報層を、第二の波長及び第二の偏光を有する第二の放射ビームによって第二の情報層を、及び、第三の波長及び第三の偏光を有する第三の放射ビームによって第三の情報層を走査する光学デバイスに使用するレンズであって、
前記第一、第二、及び第三の波長は、互いに実質的に異なり、
前記第一、第二、及び第三の偏光の少なくとも一つは、互いに異なり、
当該レンズは、請求項１５に記載の回折部分と共に提供されるレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の波長及び第一の偏光を有する第一の放射ビームによって第一の情報層を、第二の波長及び第二の偏光を有する第二の放射ビームによって第二の情報層を、並びに第三の波長及び第三の偏光を有する第三の放射ビームによって第三の情報層を走査するための光走査デバイスに関し、ここで前記第一、第二、及び第三の波長は、実質的に互いに異なり、前記第一、第二、及び第三の偏光の少なくとも一つは、他と異なり、そのデバイスは、
前記第一、第二、及び第三の放射ビームを連続的に又は同時に供給するための放射源、
前記第一、第二、及び第三の情報層の位置に、それぞれ、前記第一、第二、及び第三の放射ビームを収束させるための対物レンズ系、並びに
前記第一、第二、及び第三の放射ビームの光路に配置される回折部分
を含み、前記部分は、前記第一、第二、及び第三の放射ビームから、それぞれ、第一の回折された放射ビーム、第二の回折された放射ビーム、及び第三の回折された放射ビームを形成するための実質的に一つの階段型の断面を有するパターン素子のパターンを含み、前記部分は、前記第一、第二、及び第三の偏光に感知性の複屈折材料を含む。
【０００２】
より具体的には、限定はされないが、本発明は、コンパクトディスク（ＣＤ）、“赤色ＤＶＤ”とも呼ばれる従来のデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、及び“青色ＤＶＤ”とも呼ばれるいわゆる次世代ＤＶＤのような、三つの異なる形式と互換性のある光走査デバイスに関する。
【０００３】
また、本発明は、第一の波長及び第一の偏光を有する第一の放射ビームによって第一の情報層を、第二の波長及び第二の偏光を有する第二の放射ビームによって第二の情報層を、並びに第三の波長及び第三の偏光を有する第三の放射ビームによって第三の情報層を走査するための光デバイスに使用する回折部分にも関し、ここで前記第一、第二、及び第三の波長は、実質的に互いに異なり、前記第一、第二、及び第三の偏光の少なくとも一つは、他と異なり、その回折部分は、
前記第一、第二、及び第三の放射ビームの光路に配置され、
前記第一、第二、及び第三の放射ビームから、それぞれ、第一の回折された放射ビーム、第二の回折された放射ビーム、及び第三の回折された放射ビームを形成するための実質的に一つの階段型の断面を有するパターン素子のパターンを含み、
前記第一、第二、及び第三の偏光に感知性の複屈折材料を含む。
【０００４】
“情報層を走査すること”は、情報層における情報を読み取る（“読み取りモード”）、情報層に情報を書き込む（“書き込みモード”）、及び／又は情報層における情報を消去する（“消去モード”）ために、放射ビームによって走査することについて述べる。“情報密度”は、情報層の単位面積当たりの蓄積された情報の量について述べる。それは、とりわけ、走査される情報層上に走査デバイスによって形成される走査スポットの大きさによって決定される。走査スポットの大きさを減少させることによって情報密度を増加させてもよい。スポットの大きさが、とりわけ、スポットを形成する放射ビームの波長λ及び開口数ＮＡに依存するので、ＮＡを増加させることによって、及び／又はλを減少させることによって、走査スポットの大きさを減少させることができる。
【０００５】
“回折された放射ビーム”は、各々回折次数“ｍ”、すなわち、ゼロ次（ｍ＝０）、＋１次（ｍ＝１）、＋２次（ｍ＝２）など、−１次（ｍ＝−１）、−２次（ｍ＝−２）などを有する複数の放射ビームからなる。本記載においては回折された放射ビームとしてゼロ次の放射ビームを考慮することに留意する。
【背景技術】
【０００６】
光走査デバイスが、異なる形式の光記録担体と互換性があることが、すなわち、対物レンズ系を使用すると同時に異なる波長を有する放射ビームによって異なる形式の光記録担体を走査することが、望ましい。例えば、とりわけＣＤ−Ａ（ＣＤ−オーディオ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−読み出し専用メモリ）及びＣＤ−Ｒ（ＣＤ−レコーダブル）のようなＣＤは、利用可能であり、約７８０ｎｍの波長λを有する放射ビームによって走査されるように設計される。一方、赤色ＤＶＤは、約６６０ｎｍの波長を有する放射ビームによって走査されるように設計され、青色ＤＶＤは、約４０５ｎｍの波長を有する放射ビームによって走査されるように設計される。特に、“青色ＤＶＤ”形式のディスクは、“赤色ＤＶＤ”形式のディスクよりも大きいデータ記憶容量を有する−典型的には記憶容量における少なくとも二倍の増加を得ることができる。
【０００７】
これらの形式の相違点は、以下の困難を提起する。第一に、ある波長で読み取られるように設計されたディスクは、別の波長でいつも読み取り可能であるとは限らない。例は、λ＝７８５ｎｍに対して高い変調を得るために、記録スタックに特殊な色素を適用する必要がある“ＣＤ−Ｒ”形式のディスクである。λ＝６６０ｎｍでは、ディスクからの信号の変調は、色素の波長の感度によりたいへん小さくなるので、この波長での読み取りは、実行可能ではない。第二に、より高い記憶容量を備えた新たな光走査系を導入するとき、新たな光走査デバイスが、逆に互換性があること、すなわち、既に存在する形式を有する光記録担体を走査することができることは、重要である。第三に、一つの場合に球面収差を発生させると共に他の場合に球面収差を発生させないように、異なる形式を有する二つのディスクの間における厚さに差がある。
【０００８】
この複数の形式の結果として、問題は、各々の形式に関連した波長に対して所定の波面を発生させることが可能な光走査デバイスを設計すること及び作ることである。
【０００９】
例えば、特許文献１において、第一の放射ビーム、第二の放射ビーム、及び第三の放射ビームによって、それぞれ、“青色ＤＶＤ”形式のディスク、“赤色ＤＶＤ”形式のディスク、及びＣＤ形式のディスクを走査するための光走査デバイスを提供することが、すでに知られている。第一、第二、及び第三の放射ビームは、それぞれ第一の偏光ｐ１、第二の偏光ｐ２、及び第三の偏光ｐ３のみならず、それぞれ第一の波長λ１、第二の波長λ２、及び第三の波長λ３を有する。波長λ１、λ２、及びλ３は、互いに異なる。偏光ｐ１、ｐ２、及びｐ３の少なくとも一つは、他と異なる。さらに、既知の光走査デバイスは、三つの放射ビームを供給するための放射源、三つの光記録担体の情報層にそれぞれ三つの放射ビームを収束させるための対物レンズ系、及び三つの放射ビームの光路に配置された回折部分を含む。対物レンズ系は、光軸を有する。回折部分は、二つの平行平面を有し、それらの間にガラスで作られた第一の層、及び第二の層が提供される。第一及び第二の層の間における界面は、一つの階段型の断面を有するパターン素子のパターンである。第一及び第二の層の材料の選択並びに階段型の断面の設計は、回折部分が、波長λ１に対するゼロ次の第一の回折された放射ビーム並びに波長λ２及びλ３の各々に対するより高い次数の（すなわち非ゼロ次の）回折された放射ビームを形成するようなものである。さらに、第二の層は、偏光ｐ１、ｐ２、及びｐ３に感知性の複屈折材料で作られる。
【００１０】
前記の特許文献１は、回折部分の第二の層を作るために二つの解決手段を教示する。
【００１１】
第一の既知の解決手段においては、第二の層は、屈折率を変更するために（電極によって）電気的に調節可能である液晶（ＬＣ）の材料で作られて、三つの回折されたビームを形成する。結果として、このようなデバイスは、設計することが複雑であり、設計すること及び作ることが困難であると共に高価である切り替え可能なＬＣの構成部品の製作を要求する。
【００１２】
第二の既知の解決手段において、第二の層は、常光線屈折率及び異常光屈折率を有する固体の複屈折材料で作られ、それらの一つは、第一の層（ガラス）の屈折率に等しい。このように、第一の偏光を、後者の屈折率を関連した方向と整列させる場合には、回折部分から出てくる第一の回折されたビームは、平坦な波面を有する。そして、ゼロ次の第一の回折されたビームが形成される。言い換えれば、回折部分は、次に、第一の波長に対して透明な平行平面として作用する。
【特許文献１】特開２００１−２０９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
よって、本発明の目的は、三つの異なる波長を有すると共に異なる偏光を有する放射ビームによって光記録担体を走査することに適する光走査デバイスを提供することであり、そのデバイスは、既知の解決手段に対する代替のものである。
【００１４】
この目的は、開始の段落に記載したような光走査デバイスによって到達され、ここで、本発明によれば、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第一の波長に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に実質的に等しい位相変化を、及び前記第二の波長に対して２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化を導入するように設計される。前記第二の波長に関して二つの実質的に異なる位相変化の値を、さらに詳細に以下に記載するように複数の少なくとも三つの値の間で選ぶことができることに留意することになる。
【００１５】
前記日本国特許出願ＪＰ−Ａ−２００１２０９９６６から知られる解決手段との対比によって、本発明による回折部分は、以下のようなゼロ次の第一の回折されたビームを形成する。このように、第一の偏光を、常光線の軸又は異常光の軸のいずれかの方向と整列させる場合には、階段型の断面のパターン素子の階段の高さの設計の結果として、２πの少なくとも二つの異なる倍数に実質的に等しい位相変化を、第一の回折されたビームに導入する。よって、ゼロ次の第一の回折されたビームを形成する。言い換えれば、本発明による回折部分において、等しくない光路の長さを、（以下の“径方向”と呼ばれる）対物レンズの光軸に垂直な方向における第一の回折ビームに導入する。この回折部分は、第一の回折されたビームが、既知の回折部分と対照的に、平坦な波面を有さないので、第一の波長に対して透明な平行平面として作用しないことに留意する。
【００１６】
本発明による階段型の断面の利点は、所望の次数のこれらのビームに対する所定の値、例えば、高い値の透過効率を備えた前記第一及び第二の回折されたビームを形成する回折部分を提供することである。加えて、回折部分は、さらに詳細に以下に記載するような理想的な鋸歯状の断面に近い位相変化を備えた第二の回折部分を形成してもよい。
【００１７】
特に、前記パターン素子の階段に属する光路が、前記第一の波長の倍数に実質的に等しいように設計された階段型の断面を有するパターン素子のパターンを含む回折部分を備えた光走査デバイスを提供することは、出願番号００２０３０６６．６のもとで２０００年４月９日に出願された欧州特許出願から知られている。このような回折部分は、それが、さもなければ複数の波長により困難である、選択された回折次数（すなわち、高い透過効率が達成される次数）を備えた回折されたビームの形成を可能にするので、都合がよい。しかしながら、その出願の教示は、本発明による光走査デバイスを提供するための十分な指導を提供しない。
【００１８】
第一に、欧州特許出願は、三つの異なる形式の光記録担体と互換性のある光走査デバイスをどのように設計するかを教示しないが、二つの波長を有する二つの放射ビームによって二つの異なる形式の光記録担体を走査するためのデバイスのみを記載する。
【００１９】
第二に、欧州特許出願は、階段型の断面を備えた回折部分を作るための容易な方法を教示しない。三つの波長の固定された値は、その出願において説明された方法を使用する回折部分を設計するとき、厳格な制約である。より具体的には、波長λを有する放射ビームが、階段高さｈを有する材料で作られた階段を通り抜けるとき、（放射ビームが、同じ距離に沿って空気を通り抜ける場合に関する）位相変化Φを、階段から出てくる回折されたビームに導入する。位相変化Φは、以下の式
【００２０】
【数３】
2005515579.tif 000003
によって与えられ、ここで、“ｎ”は、回折部分の屈折率であり、“ｎｏ”は、隣接する媒体の屈折率である。式（０）から当然の結果として、波長λが変化するとき、位相変化Φは、それに応じて変化するということになる。このように、階段型の断面を備えた三つの波長で動作することに関して互換性のある回折部分を設計することは、三つの波長の各々に対して高い効率を有するために、相対的に高い階段を有する非常に複雑な階段型の断面を設計することを要求するであろう。これは、作ることが困難である回折部分に帰着する。
【００２１】
第三に、その欧州特許出願は、光走査デバイスが、異なる偏光を有する放射ビームで動作することができるように、偏光に感知性の回折部分をどのように設計するかを教示しない。
【００２２】
また、偏光に感知性であると共に波長に感知性であるように設計された、複屈折材料で作られた回折部分を含み、第一の波長及び第一の偏光を有する第一のゼロ次の放射ビーム、第一の波長及び第二の異なる偏光を有する第二のゼロ次の放射ビーム、並びに第二の異なる波長及び第一又は第二の偏光を有する第三の放射ビームを形成する光走査デバイスを作ることも日本国特許出願ＪＰ２００１−１７４６１４から知られている。しかしながら、その日本国特許出願は、光走査デバイスが、三つの異なる波長で動作することができるように回折部分をどのように設計するかを教示しない。
【００２３】
また、偏光に感知性であると共に波長に感知性であるように設計された、複屈折材料で作られた回折部分を含み、第一の波長及び第一の偏光を有する第一のゼロ次の放射ビーム、第一の波長及び第二の異なる偏光を有する第二のゼロ次の放射ビーム、並びに第二の異なる波長及び第一又は第二の偏光を有する第三の放射ビームを形成する光走査デバイスを作ることも日本国特許出願ＪＰ２００１−１７４６１４から知られている。しかしながら、その日本国特許出願は、光走査デバイスが、三つの異なる波長で動作することができるように回折部分をどのように設計するかを教示しない。
【００２４】
また、三つの異なる波長を有する三つの放射ビームによって光記録担体を走査することに適する光走査デバイスを作ることも日本国特許出願ＪＰ２００１−１９５７６９から知られており、そのデバイスは、回折部分を含む。しかしながら、その日本国特許出願は、異なる偏光を有する放射ビームによって光記録担体を走査するための光走査デバイスをどのように提供するかを教示しない。特に、その日本国特許出願は、偏光に感知性の回折部分をどのように作るかを記載もしないし、提案もしないし、より具体的には、それは、回折部分を作るための複屈折材料の使用を述べてない。
【００２５】
さらに、二つの異なる波長を有する二つの放射ビームと動作する回折部分を含む光走査デバイスを提供することは、多数の特許文献、例えばＪＰ−２０００１０４３５５９から知られている。しかしながら、これらの文献のいずれも、光走査デバイスが、異なる偏光を有する放射ビームで動作することができるように偏光に感知性の回折部分を作るための複屈折材料の使用を述べてない。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明による光走査デバイスの第一の実施形態において、前記階段型の断面は、さらに、パターン素子の階段の高さが、前記第三の波長に対して２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化に実質的に等しい位相変化を導入するように設計される。同様に、第二の波長に対して、前記第三の波長に関する二つの実質的に異なる位相変化の値を、複数の少なくとも三つの値の間で選ぶことができることに留意する。この第一の実施形態の特定の場合において、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第二及び第三の波長の両方に対して実質的に同一の位相変化を導入し、ここで前記第三の偏光は、前記第二の偏光と異なるように、さらに設計される。
【００２７】
本発明による光走査デバイスの第二の実施形態において、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第三の波長に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に実質的に等しい位相変化を導入するように設計される。この第二の実施形態の特定の場合において、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第一及び第三の波長の両方に対して実質的に同一の位相変化を導入し、ここで前記第三の偏光は、前記第一の偏光と異なるように、さらに設計される。
【００２８】
本発明による光走査デバイスの第三の実施形態において、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第三の波長に対してπの少なくとも二つの異なる奇数の倍数に実質的に等しい位相変化を導入するように設計される。この第三の実施形態の特定の場合において、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第二の波長に対して少なくとも二つの実質的に異なる位相変化に実質的に等しい位相変化を導入するように、さらに設計される。前記第二の波長に対するこれらの二つの実質的に異なる位相変化は、奇数の実質的に異なる位相変化の間で選ばれることに留意することになる。
【００２９】
第一、第二、及び第三の偏光が同一であるとすれば、二つの異なる値のみ（２πを法とするゼロ及びπ）を、第二又は第三の回折されたビームに関する位相変化に対して選ぶことができることに留意することになる。
【００３０】
従って、階段型の断面を、第一、第二、及び第三の回折されたビームの各々の所望の次数に対して、所定の値、例えば高い値の透過効率で設計することはできない。それどころか、第一、第二、及び第三の偏光の少なくとも一つが互いにに異なるとすれば、少なくとも三つの異なる値を、第二及び第三の回折されたビームの各々に対して選ぶことができ、それによって、大きい数の階段を備えた階段型の断面（典型的には５０個以上の階段）が、あまり実用的なものではないので、相対的に小さい数の階段、典型的には４０個未満の階段を備えた階段型の断面の設計を可能にすることに帰着することに留意することになる。
【００３１】
本発明の別の目的は、第一の波長及び第一の偏光を有する第一の放射ビームによって第一の情報層を、第二の波長及び第二の偏光を有する第二の放射ビームによって第二の情報層を、並びに第三の波長及び第三の偏光を有する第三の放射ビームによって第三の情報層を走査するための光デバイスに使用する回折部分を提供することであり、ここで前記第一、第二、及び第三の波長は、実質的に互いに異なり、前記第一、第二、及び第三の偏光の少なくとも一つは、他と異なり、回折部分は、既知の部分に対する代替のものである。
【００３２】
この目的は、開始の段落に記載したような回折部分によって到達され、ここで本発明によれば、前記階段型の断面は、パターン素子の階段の高さが、前記第一の波長に対して２πの少なくとも二つの異なる倍数に、前記第二の波長に対して２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化に、及び第三の波長に対しては、以下の２πを法とする少なくとも二つの実質的に異なる位相変化、２πの少なくとも二つの異なる倍数、又はπの少なくとも二つの異なる奇数の倍数の一つに、実質的に等しい位相変化を導入するように設計されることで特徴付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の目的、利点、及び特徴は、添付する図面に図説するような、以下の本発明のより詳細な説明から明らかであると思われる。
【００３４】
図１は、第一の放射ビーム４によって第一の光記録担体３の第一の情報層２を走査するための、本発明の一つの実施形態による光走査デバイス１の光学構成部品の概略的な図説である。
【００３５】
実例として、光記録担体３は、透明層５を含み、その一方の側に情報層２が配置される。情報層の透明層５から離れて面する側は、保護層６によって環境的な影響から保護される。透明層５は、情報層２に対して機械的な支持を提供することによって、光記録担体３に対する基板として作用する。代わりに、透明層５は、機械的な支持を、情報層２の他の側における層によって、例えば、保護層６によって、又は最上の情報層に接続される追加の情報層及び透明層によって、提供すると同時に、情報層２を保護する単一の機能を有してもよい。情報層は、図１に示すようなこの実施形態においては、透明層５の厚さに対応する第一の情報層の深さ２７を有することに留意する。情報層２は、担体３の表面である。その表面は、少なくとも一つのトラック（軌道）、すなわち、集束した放射のスポットによって追跡される経路を含み、その経路上に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。それらマークは、例えば、ピット又は周囲と異なる反射係数若しくは磁化の方向を備えた領域の形態であってもよい。光記録担体３がディスクの形状を有する場合には、以下のものが、与えられたトラックに関して定義される。“径方向”は、トラックとディスクの中心との間における基準軸、Ｘ軸の方向であり、“接線方向”は、トラックに接すると共にＸ軸に垂直である別の軸、Ｙ軸の方向である。
【００３６】
図１に示すように、光走査デバイス１は、放射源７、コリメータレンズ１８、ビームスプリッター９、光軸１９を有する対物レンズ系８、回折部分２４、及び検出系１０を含む。さらに、光走査デバイス１は、サーボ回路１１、焦点作動器１２、径方向作動器１３、及び誤差補正用情報処理ユニット１４を含む。
【００３７】
以下の“Ｚ軸”は、対物レンズ系８の光軸１９に対応する。（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、直交基であることに留意する。
【００３８】
放射源７は、放射ビーム４、（図１に示さない）第二の放射４’、及び（図１に示さない）第三の放射ビーム４’’を連続的に又は同時に供給するために、配置される。例えば、放射源７は、放射ビーム４、４’及び４’’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供給するための三つの半導体レーザーのいずれかを含んでもよい。さらに、放射ビーム４は、波長λ１及び偏光ｐ１を有し、放射ビーム４’は、波長λ２及び偏光ｐ２を有し、放射ビーム４’’は、波長λ３及び偏光ｐ３を有する。波長λ１、λ２、及びλ３は、実質的に互いに異なり、偏光ｐ１、ｐ２、及びｐ３の少なくとも二つは、互いに異なる。波長λ１、λ２、及びλ３並びに偏光ｐ１、ｐ２、及びｐ３の例を以下に与えることにする。
【００３９】
コリメータレンズ１８は、放射ビーム４を実質的にコリメートされたビーム２０に変換するために、光軸１９上に配置される。同様に、それは、放射ビーム４’及び４’’を二つのそれぞれの実質的にコリメートされたビーム２０’及び２０’’に変換する（図１に示さない）。
【００４０】
ビームスプリッター９は、コリメートされた放射ビーム２０を対物レンズ系８に向かって透過させるために、配置される。好ましくは、ビームスプリッター９は、Ｚ軸に関して角度αで、より好ましくはα＝４５°で、傾斜される平行平面板と共に形成される。
【００４１】
対物レンズ系８は、コリメートされた放射ビーム２０を第一の集束した放射ビーム１５に変換して、情報層２の位置に第一の走査スポット１６を形成するために、配置される。この実施形態において、対物レンズ系８は、回折部分２４と共に提供される対物レンズ１７を含む。
【００４２】
回折部分２４は、異常光屈折率ｎｅ及び常光線屈折率ｎｏを有する複屈折材料を含む。以下において、波長における差による屈折率における変化を無視し、従って、屈折率ｎｅ及びｎｏは、波長におおよそ独立である。この実施形態において、実例としてのみ、複屈折材料は、ｎｏ＝１．５１及びｎｅ＝１．７０を備えた（重量％で）５０／５０のＣ６Ｍ／Ｅ７である。代わりに、例えば、複屈折材料は、ｎｏ＝１．５５及びｎｅ＝１．６９を備えた（重量％で）４０／１０／５０のＣ６Ｍ／Ｃ３Ｍ／Ｅ７であってもよい。使用した略号は、以下の物質を参照する。
【００４３】
Ｅ７：５１％のＣ５Ｈ１１シアノビフェニル、２５％のＣ５Ｈ１５シアノビフェニル、１６％のＣ８Ｈ１７シアノビフェニル、８％のＣ５Ｈ１１シアノトリフェニル
Ｃ３Ｍ：４−（６−アクリロイルオキシプロピルオキシ）ベンゾイルオキシ−２−メチルフェニル＝４−（６−アクリロイルオキシプロピルオキシ）ベンゾアート
Ｃ６Ｍ：４−（６−アクリロイルオキシヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ−２−メチルフェニル＝４−（６−アクリロイルオキシヘキシルオキシ）ベンゾアート
回折部分２４を、複屈折材料の光軸がＺ軸に沿ってあるように、整列させる。また、それを、それの屈折率が、Ｘ軸に沿って偏光を有する放射ビームに通り抜けられるとき、ｎｅに、及びＹ軸に沿って偏光を有する放射ビームに通り抜けられるときにｎｏに、等しいように整列させる。以下において、放射ビームの偏光は、Ｘ軸及びＹ軸と整列される場合に、それぞれ、“ｐｅ”及び“ｐｏ”と呼ばれる。このように、偏光ｐ１、ｐ２、又はｐ３が、ｐｅに等しい場合には、複屈折材料の屈折率は、ｎｅに等しく、偏光ｐ１、ｐ２、又はｐ３がｐｏに等しい場合には、複屈折材料の屈折率は、ｎｏに等しい。言い換えれば、そのように整列した複屈折の回折部分２４は、偏光ｐ１、ｐ２、及びｐ３に感知性である。回折部分２４をさらに詳細に記載することにする。
【００４４】
走査する間に、記録担体３は、（図１に示さない）主軸上で回転し、そして、透明層５を通じて情報層２を走査する。集束した放射ビーム１５は、情報層２に反射し、それによって、前方の収束するビーム１５の光路に戻る反射したビーム２１を形成する。対物レンズ系８は、反射した放射ビーム２１を反射したコリメートされた放射ビーム２２に変換する。ビームスプリッター９は、反射した放射ビーム２２の少なくとも一部分を検出系１０に向かって透過させることによって、前方の放射ビーム２０を反射した放射ビーム２２から分離する。
【００４５】
検出系６は、反射した放射ビーム２２の前記部分を取得する及びそれを一つ以上の電気信号に転換するために配置される、収束レンズ２５及び四分円の検出系２３を含む。信号の一つは、情報信号Ｉｄａｔａであり、その値は、情報層２上で走査される情報を表す。情報信号Ｉｄａｔａは、誤差補正用情報処理ユニット１４によって処理される。検出系１０からの他の信号は、焦点誤差信号Ｉｆｏｃｕｓ及び径方向追跡誤差信号Ｉｒａｄｉａｌである。信号Ｉｆｏｃｕｓは、走査スポット１６と情報層２の位置との間におけるＺ軸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  Ｓｙｓｔｅｍｓ”と題された、Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ、Ｊ．Ｂｒａａｔ、Ａ．Ｈｕｉｊｓｅｒ等による本（Ａｄａｍ    Ｈｉｌｇｅｒ  １９８５）（ＩＳＢＮ  ０−８５２７４−７８５−３）のｐ７５−ｐ８０から知られている“非点収差法”によって形成される。径方向追跡誤差信号Ｉｒａｄｉａｌは、走査スポット１６と走査スポット１６によって追跡される情報層２におけるトラックの中心との間における情報層２のＸＹ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等による前記の本のｐ７０−ｐ７３から知られている“ラジアルプッシュプル法”から形成される。
【００４６】
サーボ回路１１は、信号Ｉｆｏｃｕｓ及びＩｒａｄｉａｌに応答して、それぞれ、焦点作動器１２及び径方向作動器１３を制御するためのサーボ制御信号Ｉｃｏｎｔｒｏｌを提供するために配置される。焦点作動器１２は、Ｚ軸に沿って対物レンズ１７の位置を制御し、それによって、走査スポット１６の位置を、それが、情報層２の平面と実質的に一致するように、制御する。径方向作動器１３は、Ｘ軸に沿って対物レンズ１７の位置を制御し、それによって、走査スポット１６の径方向の位置を、それが、情報層２において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、制御する。
【００４７】
図２は、上述した走査デバイス１に使用する対物レンズ１７の概略的な図説である。
【００４８】
対物レンズ１７は、コリメートされた放射ビーム２０を、第一の開口数ＮＡ１を有する集束した放射ビーム１５に変換して、走査スポット１６を形成するために配置される。言い換えれば、光走査デバイス１は、波長λ１、偏光ｐ１、及び開口数ＮＡ１を有する放射ビーム１５によって、第一の情報層２を走査することが可能である。
【００４９】
さらに、光走査デバイス１は、放射ビーム４’によって第二の光記録担体３’の第二の情報層２’を、及び放射ビーム４’’によって第三の光記録担体３’’の第三の情報層２’’を、走査することもまた可能である。このように、コリメートされた放射ビーム２０’を、第二の開口数ＮＡ２を有する第二の集束した放射ビーム１５’に変換して、対物レンズ１７は、情報層２’の位置において第二の走査スポット１６’を形成する。また、対物レンズ１７は、コリメートされた放射ビーム２０’’を、第三の開口数ＮＡ３を有する第三の集束した放射ビーム１５’’に変換して、情報層２’’の位置において第三の走査スポット１６’’を形成する。
【００５０】
同様に、光記録担体３に対して、光記録担体３’は、第二の透明層５’を含み、その一方の側に第二の情報層の深さ２７’を備えた情報層２’が配置され、光記録担体３’’は、第三の透明層５’’を含み、その一方の側に第三の情報層の深さ２７’’を備えた情報層２’’が配置される。この実施形態において、光記録担体３、３’、及び３’’は、実例としてのみ、それぞれ、“青色ＤＶＤ”形式のディスク、“赤色ＤＶＤ”形式のディスク、及びＣＤ形式のディスクである。このように、波長λ１は、３６５と４４５ｎｍとの間の範囲に含まれ、好ましくは４０５ｎｍである。開口数ＮＡ１は、読み取りモードにおいては約０．６に等しく、書き込みモードにおいては０．６より上であり、好ましくは０．６５である。波長λ２は、６２０と７００ｎｍとの間の範囲に含まれ、好ましくは６６０ｎｍである。開口数ＮＡ２は、読み取りモードにおいては約０．６に等しく、書き込みモードにおいては０．６より上であり、好ましくは０．６５である。波長λ３は、７４０と８２０ｎｍとの間の範囲に含まれ、好ましくは７８５ｎｍである。開口数ＮＡ３は、０．５より下にあり、好ましくは０．４５である。
【００５１】
本記載において、二つの波長λａ及びλｂは、実質的に互いに異なり、ここで｜λａ−λｂ｜は、好ましくは２０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上であり、ここで値２０及び５０ｎｍは、純粋に任意の選択の事項であることに留意する。
【００５２】
また、異なる形式の記録担体３、３’、及び３’’の情報層を走査することは、無限共役モードで使用されるハイブリッドレンズ、すなわち、回折及び屈折素子を組み合わせるレンズとして対物レンズ１７を形成することによって達成されることにも留意する。このようなハイブリッドレンズを、例えば、例えばＵＶ硬化ラッカーの光重合を使用するリソグラフィーの工程によって、レンズ１７の入射表面に格子の断面を適用することによって、形成することができ、それによって、作ることが容易である回折部分２４に都合よく帰着する。代わりに、このようなハイブリッドレンズを、ダイアモンド旋削によって作ることができる。
【００５３】
図１及び２に示すこの実施形態において、対物レンズ１７は、凸−凸レンズとして形成される。しかしながら、平−凸又は凸−凹レンズのような他のレンズ素子のタイプを使用することができる。この実施形態において、回折部分２４は、（ここでは“入射面”と呼ばれる）放射源７に面する第一の対物レンズ１７の側に配置される。
【００５４】
代わりに、回折部分２４は、（ここでは“射出面”と呼ばれる）レンズ１７の他の表面に配置される。また、代わりに、対物レンズ１０は、例えば、回折部分２４を形成する平面のレンズの回折素子と共に提供される屈折対物レンズ素子である。また代わりに、回折部分２４は、対物レンズ系８とは別個の光学素子に、例えばビームスプリッターに、又は四分の一波長板に、提供される。
【００５５】
また代わりに、対物レンズ１０が、この実施形態において単レンズであると同時に、それは、二つ以上のレンズ素子を含む複合レンズであってもよい。例えば、対物レンズ系８は、対物レンズ１７と共同して二重レンズ系を形成する追加の対物レンズを含んでもよい。追加の対物レンズは、対物レンズ１７に面する凸面及び情報層２の位置に面する平坦な表面を備えた平−凸であってもよい。この二重レンズ系は、都合よくは、光学素子の相互の位置において、単レンズ系よりも大きい許容誤差を有する。ＮＡ＞０．４５である場合において、追加の対物レンズは、好ましくは、非球面レンズによって形成される。
【００５６】
図３は、回折部分２４を図説する、図２に示す対物レンズ１７の（“正面図”とも呼ばれる）入射表面の概略図である。
【００５７】
回折部分２４は、“輪帯（zone）”とも呼ばれるパターン素子のパターンを含む。各々の輪帯は、階段型の断面を有する。輪帯の階段型の断面は、実質的に同一である。その階段型の断面は、各々階段高さを有する複数の“副輪帯（subzone）”又は“階段”を含む。以下において、階段型の断面は、鋸歯状の関数に近い所定の位相変化Φを導入するために、設計される。図４は、（理想的な場合である）鋸歯状の関数の形態で位相変化Φを表す曲線７８を示す。図４は、回折部分２４の一つのパターン素子によって導入される位相変化Φのみを示し、ここで位相変化Φは、（径方向）Ｘ軸に沿った座標“ｘ”の線形な関数であることに留意する。位相変化Φの鋸歯状の関数を、以下の階段型の関数
【００５８】
【数４】
2005515579.tif 000004
によって近似させてもよく、ここで“Ｐ”は、階段又は“副輪帯”の数を表す整数であり、“ｊ”は、各々の階段の階段番号を表す１とＰとの間に含まれる整数であることは、例えば、出願番号００２０３０６６．６のもとで出願された前記欧州特許出願から知られている。
【００５９】
図５は、階段型の関数の近似の形態で回折部分２４によって導入される位相変化Φを表す曲線７９を示す。図５は、回折部分２４の一つのパターン素子によって導入される位相変化Φのみを示すことに留意する。
【００６０】
以下において、“ｈ”は、ｘに依存する関数である、階段型の断面の階段の階段高さである。式（Ｉ）による位相変化Φの近似の場合において、階段高さｈは、以下の関数
【００６１】
【数５】
2005515579.tif 000005
によって与えられ、ここで“ｈｊ”は、定数のパラメータである、階段ｊの階段高さである。
【００６２】
回折部分２４の階段型の断面を設計するとき、階段高さｈｊは、階段型の断面が、回折部分２４から出てくる回折されたビームの波長λ及び偏光ｐに依存する所定の値の位相変化Φを導入するように選ばれる。このように、以下において、位相変化Φもまた、Φ（λ，ｐ）と表示され、階段高さｈｊは、階段型の断面が、回折されたビーム１５に対して第一の値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）を、回折されたビーム１５’に対して第二の値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）を、及び回折されたビーム１５’’に対して第三の値Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を導入するように選ばれる。
【００６３】
以下において、出願番号００２０３０６６．６のもとで出願された前記欧州特許出願を参照して、波長λ１は、設計波長λｒｅｆであるように選ばれる。言い換えれば、
【００６４】
【数６】
2005515579.tif 000006
である。
【００６５】
よって、階段型の断面は、放射ビーム１５に対する位相変化Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）が、２πの倍数に実質的に等しい、すなわち、２πを法とする実質的にゼロに等しいように、設計される。このように、Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）≡０（２π）である。
【００６６】
これは、各々の階段高さｈｊが、以下の
【００６７】
【数７】
2005515579.tif 000007
のような設計波長λｒｅｆに依存する基準の高さｈｒｅｆの倍数であり、ここで“ｎ”が、回折部分２４の屈折率であり、“ｎｏ”が、隣接する媒体の屈折率である、すなわち、以下において実例としてのみ空気、すなわちｎｏ＝１であるとき、達成される。
【００６８】
回折部分２４が、複屈折材料で作られるので、それの屈折率ｎは、回折部分２４を通り抜ける放射ビームの偏光がｐｅに等しいとき、ｎｅに等しく、回折部分２４を通り抜ける放射ビームの偏光がｐｏに等しいとき、ｎｏに等しい。その結果として、基準の高さｈｒｅｆもまた、偏光ｐに依存する。このように、以下において、位相変化ｈｒｅｆもまた、ｈｒｅｆ（λ，ｐ）と表示され、式（２ｂ）及び（３）から、当然の結果として、
【００６９】
【数８】
2005515579.tif 000008
ことになる。
【００７０】
よって、例えば、ｎｏ＝１．５０、ｎｅ＝１．６０、及びλ１＝４０５ｎｍの場合に、以下のもの
ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ１＝ｐｏ）＝０．８１０μｍ  及び
ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ１＝ｐｅ）＝０．６７５μｍ  
が、式（４ａ）及び（４ｂ）から得られる。
【００７１】
また、階段高さｈｊが、放射ビーム１５に対する（２πを法とするゼロに実質的に等しい）値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）を導入すると同時に、それは、以下の
【００７２】
【数９】
2005515579.tif 000009
のように、放射ビーム１５’及び１５’’に対して、それぞれ、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を導入することにも留意する。
【００７３】
表Ｉは、理想的な値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示し、ここで放射ビーム１５’及び１５’’は、偏光ｐ２及びｐ３がｐｅ及び／又はｐｏに等しい場合に、ｈｒｅｆ（λｒｅｆ＝λ１，ｐ１＝ｐｅ）又はｈｒｅｆ（λｒｅｆ＝λ１，ｐ１＝ｐｏ）のいずれかに等しい階段高さｈｊを通り抜ける。値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を、例えば、ｎｏ＝１．５０、ｎｅ＝１．６０、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、及びλ３＝７８５ｎｍで式（４ａ）、（４ｂ）、及び（５ａ）から（５ｄ）までから計算しておいた。
【００７４】
表Ｉ
【００７５】
【表１】
2005515579.tif 000010
ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）の倍数に等しい階段高さｈｊは、回折されたビーム１５に対して２πを法とするゼロに等しい値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）を、並びに各々限定された数の可能な値の一つに等しい値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を、導入することをさらに留意する。以下において、“＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）”及び“＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）”は、それぞれ、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）に対するこのような限定された数である。限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を、例えば、出願番号０１２０１２５５．５のもとで２００１年４月５日に出願された欧州特許出願から知られている、連分数（Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ  Ｆａｒａｃｔｉｏｎｓ）の理論に基づいて計算しておいた。
【００７６】
実例としてのみ、偏光ｐ１及びｐ３が同一である、例えば、ｐ１＝ｐｅ及びｐ３＝ｐｅである第一の場合、並びに偏光ｐ１が偏光ｐ３と異なる、例えば、ｐ１＝ｐｅ及びｐ３＝ｐｏである第二の場合に、限定された数＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を今ここに記載する。出願番号０１２０１２５５．５のもとで出願された前記欧州特許出願を参照して、以下の
【００７７】
【数１０】
2005515579.tif 000011
が定義され、ここでＨ１＝ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）、Ｈｉ＝ｈｒｅｆ（λ＝λ３、ｐ＝ｐ３）であり、“ｍ”は、１以上である整数である。
【００７８】
ｐ１＝ｐｅ及びｐ３＝ｐｅであり、ここで、例えばｎｏ＝１．５０、ｎｅ＝１．６０、λ１＝４０５ｎｍ、及びλ３＝７８５ｎｍである第一の場合に、以下の
【００７９】
【数１１】
2005515579.tif 000012
が、式（６ａ）から（６ｅ）までから得られる。
【００８０】
このように、ＣＦ２は、ａ０に実質的に等しい、すなわち、以下の
｜ＣＦ２−ａ０｜＝０．０１６＜０．０２
が満たされ、ここで０．０２は、純粋に任意に選ばれた値である。結果として、限定された数＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）が、２に等しいことが見出される。
【００８１】
ｐ１＝ｐｅ及びｐ３＝ｐｏであり、ここで、例えばｎｏ＝１．５０、ｎｅ＝１．６０、λ１＝４０５ｎｍ、及びλ３＝７８５ｎｍである第二の場合に、以下の
【００８２】
【数１２】
2005515579.tif 000013
が、式（６ａ）から（６ｅ）までから得られる。
【００８３】
このように、ＣＦ２は、ａ０に実質的に等しい、すなわち、以下の
｜ＣＦ２−ａ０｜＝０．００１＜０．０２
が満たされる。結果として、限定された数＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）が、７に等しいことが見出される。
【００８４】
表ＩＩは、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐｅ）及びｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ１＝ｐｏ）に等しい階段高さｈｊに関して、並びに偏光ｐ２及びｐ３がｐｅ及び／又はｐｏに等しい場合に、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示す。これらの限定された数を、上述したように連分数（Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ  Ｆａｒａｃｔｉｏｎｓ）の理論で計算しておいた。
【００８５】
表ＩＩ
【００８６】
【表２】
2005515579.tif 000014
表Ｉ及び表ＩＩにおいて、偏光ｐ１、ｐ２、及びｐ３が同一であるとすれば、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の一つは、２に等しい、すなわち、二つの異なる値（２πを法とするゼロ及びπ）のみを、対応する位相変化に対して選ぶことができることに留意する。これは、非ゼロ次の対応する回折されたビームに対して効率的な回折部分２４を設計することを可能にしない。
【００８７】
それどころか、表Ｉ及び表ＩＩにおいて、偏光ｐ１、ｐ２、ｐ３の少なくとも一つが、他と異なるとすれば、少なくとも三つの異なる値を、Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び／又はΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）に対して選ぶことができることにもまた留意する。少なくとも３つの可能な値から位相変化を選ぶ可能性は、放射ビーム１５、１５’及び１５’’の各々に対して効率的な回折部分を作ることを可能にする。さらに、これは、大きい数の階段（典型的には５０個以上の階段）を備えた階段型の断面が、あまり実用的なものではないので、都合よくは、相対的に小さい数の階段、典型的には４０個未満の階段を備えた階段型の断面を設計することを可能にする。
【００８８】
さらに、位相変化Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）、Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）、及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の値は、回折部分２４が、回折された放射ビーム１５、１５’、及び１５’’の各々の各々の回折次数ｍに対して所定の透過効率ｅｆｆｍを有するように、選ばれる。回折次数ｍに対する回折部分２４の透過効率“ｅｆｆｍ”が、以下の
【００８９】
【数１３】
2005515579.tif 000015
のように与えられ、ここで、“Ａ（ｘ）”は、透明性振幅分布（transparency amplitude distribution）であり、“Ｔ”は、回折部分２４の格子ピッチであることは、例えば、前記日本国特許出願ＪＰ−Ａ−２００１２０９９６６から知られている。式（１）によって与えられる階段型の断面の場合には、式（７）を、一次（ｍ＝１）に対して単純化することができる。
【００９０】
【数１４】
2005515579.tif 000016
式（８）から、数Ｐをより大きく選ぶほど、効率ｅｆｆ１が、より高く達成されることに留意する。しかしながら、対物レンズ１７に対してより大きい製造効率を達成するために、各々の輪帯において最も小さい可能な数の階段を使用することが、望ましいこともあることにも留意する。
【００９１】
以下において、実例としてのみ、階段型の断面の階段高さｈｊをどのように選んで、一つの主要な回折次数を備えた回折された放射ビーム１５、１５’、及び１５’’の各々を形成するかを記載する。以下において、“ｍ１”、“ｍ２”、及び“ｍ３”は、それぞれ、回折された放射ビーム１５、１５’、及び１５’’に対する主要な回折次数である。
【００９２】
階段型の断面の三つの実施形態を今ここに記載する。
【００９３】
階段型の断面の第一の実施形態は、ｍ１＝０、ｍ２＝１、及びｍ３＝１であるように設計される。よって、値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）は、実質的に、２πを法とするゼロに等しく、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の両方は、各々、少なくとも三つの異なる可能な値の位相変化の間で選ばれる。Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）に対する三つの異なる可能な値が、Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）に対するものと異なってもよいことに留意する。
【００９４】
実例としてのみ、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである場合には、ｐ２＝ｐｏに対して＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）＝８及びｐ３＝ｐｅに対して＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）＝３であることが、表ＩＩから知られる。
【００９５】
表ＩＩＩは、ｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さによって導入される値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示し、ここで、ｐ１＝ｐｏであり、“ｑ”は、整数である。これらの値は、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）は知られており、すなわちｑ＝１に対してｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さ、ここでｐ１＝ｐｏである表Ｉから見出される。
【００９６】
表ＩＩＩ
【００９７】
【表３】
2005515579.tif 000017
実例としてのみ、階段型の断面の第一の実施形態の二つの例を今ここに記載するが、ここで第一の例においては、Ｐ＝４であり、第二の例においては、Ｐ＝６である。
【００９８】
第一の例（Ｐ＝４）に関して、表ＩＶは、式（８）による一次に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、式（１）による位相変化の理想的な値“Φ／２π理想”を示す。また、表ＩＶは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである場合において、式（７）による一次（ｍ＝１）に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、階段高さｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に対して、表ＩＩＩによる“Φ／２π理想”に近い位相変化の二つの値“Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）／２π”及び“Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）／２π”を示す。
【００９９】
表ＩＶ
【０１００】
【表４】
2005515579.tif 000018
表ＩＶにおいて、透過効率ｅｆｆ１は、初期に望まれたような、回折されたビーム１５’及び１５’’の両方の一次に対して（７５％を超える）高い値を有することに留意する。図６は、回折部分２４の第一の実施形態（ｍ１＝０、ｍ２＝０、ｍ３＝１）の第一の例（Ｐ＝４）の階段高さｈ（ｘ）を表す曲線８０を示す。曲線８０に関して、パターン素子は、前記パターン素子の隣接する階段の間における相対的な階段高さｈｊ＋１−ｈｊが、実質的にａλ１に等しい光路を有する相対的な階段高さを含み、ここでａは、整数であり、ａ＞１であり、λ１は、前記第一の波長であるように、設計されることに留意する。言い換えれば、このような相対的な階段高さは、基準の高さｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）よりも高い。
【０１０１】
第二の例（Ｐ＝６）に関して、表Ｖは、式（８）による一次に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、式（１）による位相変化の理想的な値“Φ／２π理想”を示す。また、表Ｖは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである場合において、式（７）による一次（ｍ＝１）に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、階段高さｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐｏ）に対して、表ＩＩＩによる“Φ／２π理想”に近い位相変化の二つの値“Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）／２π”及び“Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）／２π”を示す。
【０１０２】
表Ｖ
【０１０３】
【表５】
2005515579.tif 000019
表Ｖにおいて、透過効率ｅｆｆ１は、初期に望まれたような、回折されたビーム１５’及び１５’’の両方の一次に対して（７５％を超える）高い値を有することに留意する。図７は、回折部分２４の第一の実施形態（ｍ１＝０、ｍ２＝１、ｍ３＝１）の第一の例（Ｐ＝４）の階段高さｈ（ｘ）を表す曲線８１を示す。
【０１０４】
階段型の断面の第一の実施形態の特定の場合に、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）は、実質的に、値Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）に等しい、すなわち、
【０１０５】
【数１５】
2005515579.tif 000020
であり、ここで、偏光ｐ２と異なる偏光ｐ３。
【０１０６】
本記載において、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）は、実質的に等しく、ここで｜Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）−Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）｜は、好ましくは、０．０４π以下であり、値０．０４πは、複数の任意の選択の事項である。
【０１０７】
ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである場合には、
【０１０８】
【数１６】
2005515579.tif 000021
は、式（０）、（５ｂ）、（５ｃ）及び（９）から導出される。式（１０）から当然の結果として、
【０１０９】
【数１７】
2005515579.tif 000022
になる。このように、例えば、ｎｅ＝１．６０４、λ２＝６５０ｎｍ、及びλ３＝７８５ｎｍである場合には、式（１１）からｎｏ＝１．５であることが導出される。その結果として、屈折率ｎｅ及びｎｏが、それぞれ、１．６０４及び１．５に実質的に等しい複屈折材料を選んでもよい。
【０１１０】
本記載において、二つの屈折率ｎａ及びｎｂは、実質的に等しく、ここで｜ｎａ−ｎｂ｜は、好ましくは０．０１以下、より好ましくは０．００５であり、値０．０１及び０．００５は、純粋に任意の選択の事項である。
【０１１１】
表Ｉと同様に、表ＶＩは、理想的な値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示し、ここで放射ビーム１５’及び１５’’は、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである場合に、ｈｒｅｆ（λｒｅｆ＝λ１，ｐ＝ｐｏ）に等しい階段高さｈｊを通り抜ける。値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を、例えばｎｏ＝１．５、ｎｅ＝１．６０４、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍ、及びλ３＝７８５ｎｍで、式（４ａ）、（４ｂ）、及び（５ａ）から（５ｄ）までから計算しておいた。
【０１１２】
表ＶＩ
【０１１３】
【表６】
2005515579.tif 000023
表ＩＩと同様に、表ＶＩＩは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである場合に、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さｈｊに関して、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示す。これらの限定された数を、上述したように連分数の理論で計算しておいた。
【０１１４】
表ＶＩＩ
【０１１５】
【表７】
2005515579.tif 000024
表ＩＩＩと同様に、表ＶＩＩＩは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである場合に、ｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さによって導入される位相変化Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の値を示し、ここで“ｑ”は、整数である。これらの値は、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さ、すなわちｑ＝１に対して、表ＶＩから見出される。
【０１１６】
表ＶＩＩＩ
【０１１７】
【表８】
2005515579.tif 000025
表ＶＩ、ＶＩＩ、及びＶＩＩＩから、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである第一の実施形態の場合において、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）は、８に等しい、すなわち、八つの異なる値を、Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の各々に対して選ぶことができることに留意する。
【０１１８】
実例としてのみ、Ｐ＝４の場合における階段型の断面の第一の実施形態の第三の例を今ここに記載する。
【０１１９】
表ＩＶと同様に、表ＩＸは、式（８）による一次に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、式（２）による位相変化の理想的な値“Φ／２π理想”を示す。また、表ＩＸは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである場合において、式（７）による一次（ｍ＝１）に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、階段高さｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に対して、表ＶＩＩＩによる“Φ／２π理想”に近い位相変化の二つの値“Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）／２π”及び“Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）／２π”
を示す。
【０１２０】
表ＩＸ
【０１２１】
【表９】
2005515579.tif 000026
表ＩＸにおいて、透過効率ｅｆｆ１は、初期に望まれたような、回折されたビーム１５’及び１５’’の両方の一次に対して（７５％を超える）高い値を有することに留意する。図８は、回折部分２４の第一の実施形態（ｍ１＝０、ｍ２＝１、ｍ３＝０）の第三の例（Ｐ＝４）の階段高さｈ（ｘ）を表す曲線８２を示す。
【０１２２】
階段型の断面の第二の実施形態は、ｍ１＝０、ｍ２＝１、及びｍ３＝０であるように設計される。よって、値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の両方は、実質的に、２πを法とするゼロに等しく、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）は、少なくとも三つの異なる位相変化の間で選ばれる。しかしながら、（両方とも実質的に２πを法とするゼロに等しい）値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）は、互いに異なってもよいことに留意する。
【０１２３】
階段型の断面の第二の実施形態の特定の場合には、値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）は、実質的に、値Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）に等しく、ここで、偏光ｐ１は、偏光ｐ３と異なる、すなわち、
【０１２４】
【数１８】
2005515579.tif 000027
である。
【０１２５】
ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｅである場合には、
【０１２６】
【数１９】
2005515579.tif 000028
は、式（０）、（４ｂ）、（５ｃ）及び（１２）から導出される。式（１３）から当然の結果として、
【０１２７】
【数２０】
2005515579.tif 000029
になる。このように、例えば、ｎｅ＝１．７２２、λ１＝４０５ｎｍ、及びλ３＝６５０ｎｍである場合には、式（１４）からｎｏ＝１．４５であることが導出される。その結果として、屈折率ｎｅ及びｎｏが、それぞれ、１．７２２及び１．４５に実質的に等しい複屈折材料を選んでもよい。
【０１２８】
表Ｉと同様に、表Ｘは、理想的な値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示し、ここで放射ビーム１５’及び１５’’は、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｅ、及びｐ３＝ｐｅである場合に、ｈｒｅｆ（λｒｅｆ＝λ１，ｐ＝ｐｏ）に等しい階段高さｈｊを通り抜ける。値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を、例えばｎｏ＝１．４５、ｎｅ＝１．７２２、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝７８５ｎｍ、及びλ３＝６５０ｎｍで、式（４ａ）、（４ｂ）、及び（５ａ）から（５ｄ）までから計算しておいた。
【０１２９】
表Ｘ
【０１３０】
【表１０】
2005515579.tif 000030
表ＩＩと同様に、表ＸＩは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｅ、及びｐ３＝ｐｅである場合に、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さｈｊに関して、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示す。これらの限定された数を、上述したように連分数の理論で計算しておいた。
【０１３１】
表ＸＩ
【０１３２】
【表１１】
2005515579.tif 000031
表ＩＩＩと同様に、表ＸＩＩは、ｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さによって導入される位相変化Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の値を示し、ここで“ｑ”は、整数である。これらの値は、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）が知られており、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さ、すなわちｑ＝１に対して、表Ｘから見出される。
【０１３３】
表ＸＩＩ
【０１３４】
【表１２】
2005515579.tif 000032
表Ｘ、ＸＩ、及びＸＩＩから、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｅ、及びｐ３＝ｐｅである第二の実施形態の場合において、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）は、６に等しい、すなわち、六つの異なる値を、Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）に対して選ぶことができることに留意する。
【０１３５】
実例としてのみ、Ｐ＝４の場合における階段型の断面の第二の実施形態の例を今ここに記載する。
【０１３６】
表ＩＶと同様に、表ＸＩＩＩは、式（８）による一次に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、式（１）による位相変化の理想的な値“Φ／２π理想”を示す。また、表ＸＩＩＩは、ｐ１＝ｐｏ、ｐ２＝ｐｅ、及びｐ３＝ｐｅである場合において、式（７）による一次（ｍ＝１）に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、階段高さｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に対して、表ＸＩＩによる“Φ／２π理想”に近い位相変化の二つの値“Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）／２π”及び“Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）／２π”
を示す。
【０１３７】
表ＸＩＩＩ
【０１３８】
【表１３】
2005515579.tif 000033
表ＸＩＩＩにおいて、透過効率ｅｆｆ１は、初期に望まれたような、回折されたビーム１５’の一次に対して（７５％を超える）高い値を有することに留意する。図９は、回折部分２４の第二の実施形態（ｍ１＝０、ｍ２＝１、ｍ３＝０）の第三の例（Ｐ＝４）の階段高さｈ（ｘ）を表す曲線８３を示す。
【０１３９】
階段型の断面の第三の実施形態は、ｍ１＝０、ｍ２＝１、及びｍ３＝０であるように設計される。よって、値Φ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）は、実質的に、２πを法とするゼロに等しく、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）は、少なくとも三つの異なる位相変化の間で選ばれ、値Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）は、実質的に、２πを法とするπに等しい。
【０１４０】
表Ｉと同様に、表ＸＩＶは、理想的な値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示し、ここで放射ビーム１５’及び１５’’は、ｐ１＝ｐｅ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである場合に、ｈｒｅｆ（λｒｅｆ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さｈｊを通り抜ける。値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を、例えばｎｏ＝１．５０、ｎｅ＝１．６０、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝７８５ｎｍ、及びλ３＝６５０ｎｍで、式（４ａ）、（４ｂ）、及び（５ａ）から（５ｄ）までから計算しておいた。
【０１４１】
表ＸＩＶ
【０１４２】
【表１４】
2005515579.tif 000034
表ＩＩと同様に、表ＸＶは、ｐ１＝ｐｅ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである場合に、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さｈｊに関して、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及び＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）を示す。これらの限定された数を、上述したように連分数の理論で計算しておいた。
【０１４３】
表ＸＶ
【０１４４】
【表１５】
2005515579.tif 000035
表ＩＩＩと同様に、表ＸＶＩは、ｐ１＝ｐｅであると共に“ｑ”は整数である場合に、ｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さによって導入される位相変化Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）の値を示す。これらの値は、値Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）及びΦ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）が知られており、ｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に等しい階段高さ、すなわちｑ＝１に対して、表ＸＩＶから見出される。
【０１４５】
表ＸＶＩ
【０１４６】
【表１６】
2005515579.tif 000036
表ＸＩＶ、ＸＶ、及びＸＶＩから、ｐ１＝ｐｅ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである第三の実施形態の場合において、限定された数＃Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）は、２に等しい、すなわち、二つの異なる値を、Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）に対して選ぶことができ、限定された数＃Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）は、７に等しい、すなわち、七つの異なる値を、Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）に対して選ぶことができることに留意する。
【０１４７】
実例としてのみ、Ｐ＝４の場合における階段型の断面の第三の実施形態の例を今ここに記載する。
【０１４８】
表ＩＶと同様に、表ＸＶＩＩは、ｐ１＝ｐｅ、ｐ２＝ｐｏ、及びｐ３＝ｐｏである場合において、式（７）による一次（ｍ＝１）に対して対応する透過効率ｅｆｆ１のみならず、階段高さｑｈｒｅｆ（λ＝λ１，ｐ＝ｐ１）に対して、表ＸＶＩによる“Φ／２π理想”に近い位相変化の二つの値“Φ（λ＝λ２，ｐ＝ｐ２）／２π”及び“Φ（λ＝λ３，ｐ＝ｐ３）／２π”を示す。
【０１４９】
表ＸＶＩＩ
【０１５０】
【表１７】
2005515579.tif 000037
表ＸＶＩＩにおいて、四つの位相の階段は、実質的に同じ値を有する波長λ３に対して位相変化を導入することに留意する。
【０１５１】
また、表ＸＶＩＩにおいて、透過効率ｅｆｆ１は、初期に望まれたような、回折されたビーム１５’’の一次に対して（５％未満の）低い値及び回折されたビーム１５’の一次に対して（７５％を超える）高い値を有することに留意する。図１０は、回折部分２４の第三の実施形態（ｍ１＝０、ｍ２＝１、ｍ３＝０）の例（Ｐ＝４）の階段高さｈ（ｘ）を表す曲線８４を示す。
【０１５２】
一旦、各々のパターン素子の階段型の断面を、第一、第二、及び第三の実施形態のいずれに関しても上述したように設計しておくと、回折部分２４のパターン素子のパターンは、対物レンズ系８及び回折部分２４の組み合わせが、放射ビーム４に対して第一の集束特性、放射ビーム４’に対して第二の集束特性、及び放射ビーム４’’に対して第三の集束特性を有するように、設計される。
【０１５３】
この実施形態において、そのパターンは、対物レンズ１７及び回折部分２４の組み合わせが、（透明層５及び５’の厚さにおける差による）情報層の深さ２７及び２７’の間における並びに（透明層５及び５’’の厚さにおける差による）情報層の深さ２７及び２７’’の間における、差によって引き起こされる球面収差を補正するように、設計される。
【０１５４】
より具体的に、回折部分２４のパターンは、（図３に示すように）対物レンズ１７の中心に向かって徐々に増加する幅を備えた同軸の輪状のパターン素子のパターンを有する円形の格子構造のように、設計される。結果として、回折部分２４及び対物レンズ１７の組み合わせは、放射ビーム１５が、対物レンズ１７から出てくるとき、第一の情報層の深さ２７を有する情報層２に放射ビーム１５を集束させ、球面収差を発生させない（第一の集束特性）。
【０１５５】
さらに、回折部分２４のパターンは、対物レンズ１７との組み合わせで、ｍ１λ１−ｍ２λ２（すなわち、この実施形態においては、ｍ１＝０及びｍ２＝１であるので−λ２）に比例する、ある量の球面収差を発生させるように、設計される。結果として、回折部分２４及び対物レンズ１７の組み合わせは、情報層の深さ２７’を有する情報層２’における放射ビーム１５’を集束させ、透明層の厚さにおける差により発生した球面収差を補償する（第二の集束特性）。
【０１５６】
同様に、回折部分２４のパターンは、対物レンズ１７との組み合わせで、ｍ１λ１−ｍ３λ３（すなわち、この実施形態においては、ｍ１＝０及びｍ３＝１であるので−λ３）に比例する、別の量の球面収差を発生させるように、設計される。結果として、回折部分２４及び対物レンズ１７の組み合わせは、情報層の深さ２７’を有する情報層２’’における放射ビーム１５’’を集束させ、透明層の厚さにおける差により発生した球面収差を補償する（第三の集束特性）。この実施形態においては、図２に示すように、第二及び第三の集束特性の両方が、第一の集束特性と異なることに留意する。
【０１５７】
上述の実施形態において、ＣＤ形式のディスク、“赤色ＤＶＤ”形式のディスク、及び“青色ＤＶＤ”形式のディスクと互換性のある光走査デバイスを記載すると同時に、本発明による走査デバイスを、走査される任意の他のタイプの光記録担体に対して代わりに使用することができることは、認識されることである。
【０１５８】
ゼロ次及び一次を除いた回折次数又は主要な選択された次数及び少なくとも別の選択された次数との組み合わせに対して回折された放射ビームを形成するために、上述の階段型の断面の代替物を設計してもよい。
【０１５９】
上述した階段型の断面の他の代替物において、波長λ２又はλ３は、設計波長として選ばれる。表ＸＶＩＩＩは、波長λがλ２又はλ３に等しいと共に偏光ｐがｐｏ又はｐｅに等しい場合に、並びに例えば、ｎｏ＝１．５、ｎｅ＝１．６、λ２＝６５０ｎｍ、及びλ３＝７８５ｎｍである場合に、基準の高さｈｒｅｆ（λ，ｐ）の値を示す。
【０１６０】
表ＸＶＩＩＩ
【０１６１】
【表１８】
2005515579.tif 000038
球面収差を補正するために上述したパターン素子のパターンに対する代替物として、例えば、球面色収差（spherochromatism）及び色収差を補正するために、又は例えば８０％に等しい透過効率を備えた第一の回折されたビームから主要なスポットを及び各々のビームに対して例えば１０％に等しい透過効率を備えた第二及び第三の回折されたビームから二つの付随スポットを形成することによって三点プッシュプル法を実行するために、パターンを設計する。
【０１６２】
対物レンズの入射面に配置される回折部分に対する代替物は、各々のパターン素子の階段型の断面が、格子の形状に関係なく、各々の次数に関して透過効率に対して確定的であるので、平面格子のような任意の形状の格子であってもよい。
【０１６３】
７８５ｎｍ、６６０ｎｍ、及び４０５ｎｍの波長で記載した光走査デバイスに対する代替物を使用すると、光記録担体を走査することに適する波長の任意の他の組み合わせの放射ビームを使用してもよいことは、認識されることである。
【０１６４】
第一、第二、及び第三の回折されたビームに関して上記の値の開口数で記載した光走査デバイスに対する別の代替物として、光記録担体を走査することに適する開口数の任意の他の組み合わせの放射ビームを使用してもよいことは認識されることである。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明による光走査デバイス１の構成部品の概略的な図説である。
【図２】図１の走査デバイスに使用する対物レンズの概略的な図説である。
【図３】図２の対物レンズの概略的な正面図である。
【図４】鋸歯状の関数の形態（理想的な場合）で図２及び図３に示す回折部分によって導入される位相変化を表す曲線を示す。
【図５】階段型関数の形態（近似の場合）で図２及び図３に示す回折部分によって導入される位相変化を表す曲線を示す。
【図６】図２及び図３に示す回折部分の第一の実施形態の第一の例の階段高さを表す曲線を示す。
【図７】図２及び図３に示す回折部分の第一の実施形態の第二の例の階段高さを表す曲線を示す。
【図８】図２及び図３に示す回折部分の第一の実施形態の第三の例の階段高さを表す曲線を示す。
【図９】図２及び図３に示す回折部分の第二の実施形態の階段高さを表す曲線を示す。
【図１０】図２及び図３に示す回折部分の第三の実施形態の階段高さを表す曲線を示す。
【図１】
2005515579.tif 000041
【図２】
2005515579.tif 000042
【図３】
2005515579.tif 000043
【図４】
2005515579.tif 000044
【図５】
2005515579.tif 000045
【図６】
2005515579.tif 000046
【図７】
2005515579.tif 000047
【図８】
2005515579.tif 000048
【図９】
2005515579.tif 000049
【図１０】
2005515579.tif 000050
【国際調査報告】
2005515579.tif 000051
2005515579.tif 000052
2005515579.tif 000053