(57)【要約】  従来の手段により読み取ることができる、光記録担体（１３０）における情報領域の空間周波数の範囲を、情報層（１３４）に複屈折回折格子（１３６）を設けると共に、該格子により一方のみが回折される２つの互いに垂直な偏光成分（ｂ１、ｂ２）を有するような読取ビーム（ｂ）を使用することにより、大幅に増加させることができる。
2007503071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの情報層を有する光記録担体であって、情報が情報領域を有するような情報構造へと符号化され、これら情報領域が中間領域と交互となるような光記録担体において、前記情報層には格子層を有する偏光感知性回折格子が設けられ、前記格子層は第２タイプの中間細条と交互となるような第１タイプの格子細条に分割され、これらタイプの少なくとも一方は複屈折材料を有し、前記格子細条及び前記中間細条の屈折率は、前記格子の面に平行で且つ前記格子細条に対して垂直な方向に偏光された放射に対して相違することを特徴とする光記録担体。
【請求項２】
請求項１に記載の光記録担体において、前記複屈折材料が液晶であることを特徴とする光記録担体。
【請求項３】
請求項２に記載の光記録担体において、前記液晶がネマチック液晶であることを特徴とする光記録担体。
【請求項４】
請求項１に記載の光記録担体において、前記複屈折材料が、重合され整列された液晶モノマを有する高分子材料であることを特徴とする光記録担体。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の光記録担体において、前記格子細条が少なくとも２つの屈折率を持つような異方性材料を有し、前記中間細条は等方性材料を有し、前記異方性材料の屈折率の一方が前記等方性材料の屈折率と実質的に等しいことを特徴とする光記録担体。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の光記録担体において、前記格子細条は前記中間細条とは、前記格子細条における液晶分子の整列の程度が前記中間細条における液晶分子の整列の程度とは大幅に異なる点で相違することを特徴とする光記録担体。
【請求項７】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の光記録担体において、前記格子細条は前記中間細条とは、前記格子細条における液晶分子の整列の方向が前記中間細条における液晶分子の整列の方向とは異なる点で相違することを特徴とする光記録担体。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の光記録担体において、前記複屈折の格子が透過型格子であることを特徴とする光記録担体。
【請求項９】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の光記録担体において、前記複屈折の格子が反射型格子であることを特徴とする光記録担体。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の光記録担体において、高い空間周波数を示す情報領域を有するような第１情報トラックが低い空間周波数を示す情報領域を有するような第２情報トラックと交互となることを特徴とする光記録担体。
【請求項１１】
請求項１に記載の光記録担体を読み取る装置であって、読取ビーム放射を供給する放射源ユニットと、該読取ビーム放射を前記情報層に収束させる対物系と、前記光記録担体からの読取ビーム放射を電気信号に変換する放射感知性検出系を有するような検出枝路とを有するような装置において、前記放射源ユニットは２つの互いに垂直な偏光成分を持つような読取ビーム放射を供給し、前記検出枝路は偏光感知性ビームスプリッタを有し、前記放射感知性検出系は前記ビームスプリッタからの前記２つの偏光成分の各々に対して別個の検出器を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記放射成分は２つの空間的に分離された読取ビームを構成し、前記対物系は、これらビームを、読み取られるべき前記光記録担体の前記情報層において２つのスポットに収束させ、これらスポットの間の情報トラック方向に垂直な方向における距離が、これら情報トラックの間の距離に略等しいことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの情報層を有する光記録担体であって、情報が中間領域と交互の情報領域を有するような情報構造に符号化されるような光記録担体に関する。また、本発明は斯様な記録担体を読み取る装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
このような記録担体は従来良く知られており、その情報構造は専用の装置により読み取ることができる。現在のところ、上記情報構造はトラック状に配列された情報領域の構造であり、これら情報領域は当該トラック方向において中間領域と交互となる。読取装置は、通常はダイオードレーザである放射源を有し、該放射源は所与の波長を持つ読取ビームを発生する。１以上のレンズ要素を持つ対物レンズが、読取ビームを情報層上の読取スポットに収束する。ディスク状記録担体の読み取りの間において、上記読取スポットは情報トラックを、例えばディスク状記録担体を該読取スポットに対して回転させることにより走査する。記録担体及び読取スポットを半径方向において互いに移動させることにより、全ての情報トラックを走査し、従って読み取ることを可能にする。読取スポットの寸法は個々の情報領域の寸法より大きく、かくして、これらの領域は入射ビームを回折させる、即ち、このビームを偏向されない零次副ビーム及び複数の偏向された高次副ビームに分割する。現在の光記録担体は反射性情報層を有し、零次副ビーム及び一次副ビームの一部が対物レンズを通過する。このレンズは上記放射の部分を放射感知性検出系上に集中させ、これにより、これらの放射部分が互いに干渉し合う。１以上の検出器を持つ上記放射感知性検出系は、当該系に入射する放射を電気信号に変換し、該信号が。その時点で読み出された情報を表すことになる。
【０００３】
光記録担体上の情報密度の更なる増加に対する、即ち情報領域及び中間領域の寸法の低減並びに情報トラック間の距離の低減に対する変わらぬ要求が存在する。時間的に次から次に継続した異なるタイプの記録担体、即ちコンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）及びブルーレイディスクに関しては、情報領域の密度はμｍ２当たり１から、μｍ２当たり２.５を経て、μｍ２当たり１７まで増加した。ブルーレイディスクは、赤色又は赤外読取ビームより短い波長を持つ青色読取ビームにより読み取られるための光ディスクである。
【０００４】
減少された寸法の情報領域を読み取るためには、対応して減少された寸法を持つ読取スポットが使用されねばならず、さもなければ、情報領域は別々に読み取ることができない。これは、読取装置の解像度が増加されねばならないことを意味する。読取装置の従来の解像度はＮＡ／λに比例し、ここで、ＮＡは対物レンズの開口数であり、λは読取ビームの波長である。ＮＡを増加させる及び／又はλを減少させることにより、解像度を増加させることができる。対物レンズの焦点深度がλ／(ＮＡ)２に比例するという事実がＮＡの増加に制限を与える。何故なら、大きなＮＡに対しては、焦点深度が小さくなり過ぎるからである。充分に小さな読取波長を持つ読取装置は、このような小さな波長を放出するダイオードレーザが利用可能な場合にのみ、実現することができる。
【０００５】
米国特許第4,242,579号は、例えば従来の解像度よりも２倍大きな解像度を持つ読取装置を記載している。この増加された解像度は、対物レンズが反射読取放射のうちの１つのみの一次副ビームの及び零次副ビームの部分だけを放射感知性検出系に通過させるように構成することにより、且つ、走査方向に小さな寸法を有する検出器を使用することにより実現されている。この目的のために、読取ビーム及び記録担体は互いに傾斜される。即ち、読取ビームは記録担体に垂直には入射しない。読取ビームは記録担体の基板を通過しなければならないが、この基板は情報層に対して塵埃の保護を提供するために且つ当該記録担体に充分な機械的強度を付与するために例えば１.２mmなる所与の厚みを有している。従って、読取ビームの垂直でない入射は、読取ビームに許容できないような量の、コマ収差及び非点収差等の収差を生じ得る。この結果、情報層上の読取スポットは、許容可能なものより大きくなってしまうと共に、クロストークを生じる。
【０００６】
この問題を解決するために、最近になり、ヨーロッパ特許出願第03100817.0号において、従来の光読取装置を使用すると共に、記録担体の情報層に回折格子を設けることが提案された。この回折格子は、記録担体に垂直に入射する読取ビームの放射を、該入射ビームの主線に対して鋭角な方向に向ける。記録担体に斯様な回折格子を設けることにより、記録担体の基板を垂直に通過すると共に情報層に垂直に入射し、従ってコマ収差及び非点収差が生じないような読取ビームを使用しながら、大幅に増加された密度の情報構造を読み取ることが可能になる。垂直に入射するとは、目下収束されたビームであるような入射読取ビームの主線が記録担体に対して垂直であることを意味すると理解される。上記回折格子は、回折性情報構造から区別するために、規則的（regular）又は無情報格子と呼ばれる。
【０００７】
ヨーロッパ特許出願第03100817.0号に記載されているように、上記規則的回折格子は回折性情報構造により形成された一次副ビームの部分を、これら部分が対物レンズを通過するように偏向させる。これらの部分は、零次において二重に回折された放射と一緒に、放射感知性検出器上に該検出器の位置において干渉するように収束される。この検出器は、米国特許第4,242,579号に開示された読取装置に使用された検出器と同様のものとすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光情報構造を規則的格子と組み合わせることにより、従来の読取装置により読み取ることが可能な情報領域の空間周波数（以下、空間周波数という）を増加させることができるが、従来の空間周波数を持つ情報構造は読み取ることはできない。言い換えると、情報層に規則的格子を設けることは、読み取ることが可能な周波数の帯域をずらすのみで、この周波数帯域を拡大させることはない。
【０００９】
本発明の目的は、読み取ることが可能な情報層の空間周波数の帯域を拡大させる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は冒頭の段落に記載されたような記録担体であって、前記情報層には、格子層を有する偏光感知性回折格子が設けられ、上記格子層は第２タイプの中間細条と交互の第１タイプの格子細条に分割され、これらタイプの少なくとも一方は複屈折材料を有し、上記格子細条及び中間細条の屈折率は、格子面に平行で上記格子細条に対して垂直な方向に偏光された放射に対して相違することを特徴とするような記録担体により実現される。
【００１１】
情報層に斯様な格子を設けることにより、高い空間周波数の情報を上記格子細条の方向に平行な偏光方向を持つような読取ビーム成分により読み取ることが可能になると共に、より低い空間周波数の情報を上記格子細条に垂直な偏光方向を持つような読取ビーム成分により読み取ることが可能になる。後者のビーム成分は上記回折格子を“見る（see）”ことがないので、該成分の回折性情報構造により小さな角度で回折された一次ビーム部分のみが対物系を通過する。これらのビーム部分は、より低い周波数の情報に関する情報を有している。
【００１２】
上記記録担体は、上記複屈折材料が液晶であることを更に特徴とすることができる。
【００１３】
好ましくは、上記記録担体は、上記液晶がネマチック液晶であることを特徴とする。
【００１４】
ネマチック液晶は、複屈折特性故に画像表示装置用の表示パネルにうまく使用されている良く知られた材料である。
【００１５】
複屈折材料は、重合された整列された結晶性モノマを有するような高分子材料とすることができる。
【００１６】
当該光記録担体は、前記格子細条が少なくとも２つの屈折率を持つ異方性材料を有し、前記中間細条が等方性材料を有し、上記異方性材料の屈折率の一方が該等方性材料の屈折率に実質的に等しいことを更に特徴とすることができる。
【００１７】
実質的に等しいとは、理想的な場合には上記屈折率が互いに等しくなるが、これら屈折率の間に小さな相違が存在しても満足のゆく結果が得られることを意味すると理解される。
【００１８】
この実施例においては、前記２つのタイプの細条（即ち格子細条及び中間細条）のうちの一方のみが複屈折材料からなり、他のタイプの細条は１つの屈折率のみを有する。格子層に入射する放射ビームが受ける屈折率（即ち、実効屈折率）は、このビームの格子面に対する偏光方向及び当該格子の周期性の方向に依存する。
【００１９】
当該光記録担体は、格子細条における液晶分子の整列の程度が中間細条における整列程度とは大幅に相違する点で、格子細条が中間細条とは異なることを更に特徴とすることができる。
【００２０】
他の例として、そして好ましくは、当該光記録担体は、格子細条における液晶分子の整列の方向が中間細条における整列方向とは相違する点で、格子細条が中間細条とは異なることを特徴とする。
【００２１】
液晶の向き（即ち、液晶の整列方向）を空間的に変化させることにより、整列の度合いが空間的に変化されるような格子構造よりも高い回折効果を持つ格子構造が得られる。何故なら、後者においては、常光線屈折率が当該構造の等方性部分における屈折率とは等しくないからである。
【００２２】
当該記録担体の第１実施例は、前記複屈折格子が透過格子であることを特徴とする。
【００２３】
当該記録担体の第２実施例は、前記複屈折格子が反射性格子であることを特徴とする。
【００２４】
現在の光記録担体は反射で読み取られるもので、情報層は反射層で覆われており、この実施例が最も使用される。前記複屈折格子は情報層と該反射層との間に配置されるであろう。
【００２５】
本発明が読取装置においても実施化されるように、この記録担体を読み取る読取装置は、この記録担体に適応化される。読取ビームを供給する放射源ユニットと、該読取ビームを情報層に収束させる対物系と、当該記録担体からの読取ビーム放射を電気信号に変換する放射感知性検出系を有する検出枝路とを有する斯様な装置は、上記放射源ユニットが２つの互いに垂直な偏光成分を有するような読取ビーム放射を供給し、上記検出枝路が偏光感知性ビームスプリッタを有し、上記放射感知性検出系が該ビームスプリッタからの２つの偏光成分の各々に対して別個の検出器を有することを特徴とする。
【００２６】
インターリーブされた高空間周波数トラック及び低空間周波数トラックを有するような記録担体と共に使用する読取装置は、前記放射成分が２つの空間的に分離された読取ビームを構成し、前記対物系が、これらビームを、読み取られるべき記録担体の情報層における２つのスポットに収束させ、これらスポットの間の情報トラック方向に対して垂直な方向における距離が情報トラックの間の距離に実質的に等しいことを更に特徴とする。
【００２７】
本発明の、これら及び他の態様は、図面に示された以下に説明する実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して非限定的例示として説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、光記録担体２を走査する装置の一実施例を概略図示している。該記録担体は、透明層３を有する光ディスクの形態であり、該透明層の一方の側には情報層４が配されている。該情報層の上記透明層から遠い方の側は、保護層５により周囲の影響から保護されている。透明層３の当該装置に面する側は入射面６と呼ばれる。上記透明層は、上記情報層に対して機械的支持を提供することにより当該記録担体用の基板として、及び／又は上記情報層から塵埃粒子、引っ掻き傷及び指紋を遠ざけることにより該情報層のための保護層として作用する。情報は、当該記録担体の情報層４に、図１には示されない略平行、同心的又は螺旋状のトラックに配列された光学的に検出可能な情報領域又はマークの形態で記憶することができる。これらの情報領域は、トラック方向において中間領域と交互となる。斯かる情報領域は、例えばピット若しくは隆起又は周囲とは異なる反射係数若しくは磁化方向の領域の形態、又はこれら形態の組み合わせ等の、如何なる光学的に読取可能な形態とすることもできる。
【００２９】
走査装置１は、好ましくは放射ビーム７を放出する半導体レーザの形態の放射源９を有している。該放射ビーム、即ち読取ビームは光記録担体２の情報層４を走査するために使用される。例えば半透過型ミラーのビームスプリッタ１３が、当該光経路上の上記放射源９からの発散放射ビームをコリメータレンズ１４に向けて反射し、該コリメータレンズは該発散ビーム７をコリメートされたビーム１５に変換する。このコリメートされたビームは対物系１８に入射する。通常は対物レンズと呼ばれる該対物系は、１以上のレンズ及び／又は格子を有することができる。図１の対物系は、この例では、２つの要素、即ち第１レンズ１８ａ及び第２レンズ１８ｂからなっている。該対物レンズ１８は光軸１９を有している。該対物レンズはビーム１５を収束ビーム２０に変化させ、該ビームが記録担体２の入射面６に入射する。上記収束ビーム２０は情報層４上に読取スポット２１を形成する。
【００３０】
情報層４により反射された放射は発散ビーム２２を形成し、該発散ビームは対物レンズ１８により略コリメートされたビーム２３に変換され、次いでコリメータレンズ１４により収束ビーム２４に変換される。ビームスプリッタ１３は、記収束ビーム２４の少なくとも一部を放射感知性検出系２５に向かって透過させることにより、順方向ビーム１２と反射ビーム２４とを分離する。上記検出系は、ビームスプリッタ１３により透過された放射を捕捉し、該放射を電気出力信号２６に変換する。信号プロセッサ２７は、これらの出力信号を種々の他の信号に変換し、これら種々の他の信号は信号処理回路２９により処理される。処理回路２７及び２９は当該走査装置内に光ヘッド１から分離して配置することができる。
【００３１】
上記信号のうちの１つは情報信号２８であり、該情報信号の値は情報層４から読み取られた情報を表す。この情報信号は、エラー訂正用情報処理ユニット２９により処理される。信号プロセッサ２７により供給される他の信号は、フォーカスエラー信号及びラジアルエラー信号である。上記フォーカスエラー信号は、スポット２１と情報層４との間の軸方向の高さの差を表す。上記ラジアルエラー信号は、情報層４の面内における、スポット２１と、該スポットにより追従されるべき情報層のトラックの中心との間の距離を表す。
【００３２】
上記フォーカスエラー信号及びラジアルエラー信号は、サーボ回路に供給される。この回路は、これら信号を、光ヘッドにおける機械式フォーカスアクチュエータ（図示略）を制御するためのフォーカスサーボ信号及び今走査されているトラック上のスポットの心出しを制御するトラッキングサーボ信号に変換する。上記機械式フォーカスアクチュエータは対物レンズ１８の位置を焦点方向３３に制御し、これにより、スポット２１の実際の位置を情報層４の面に略一致するように制御する。半径方向に移動可能なアーム（図示略）等の他の機械式アクチュエータが、光ヘッド１の位置を当該記録担体２の半径方向に変化させ、これにより、スポット２１の半径方向位置を情報層４における追従されるべきトラック上に位置するように制御する。記録担体２におけるトラックは図１の面に垂直な方向に走っている。
【００３３】
米国特許第4,242,579号に記載されているように、情報構造における走査スポット２１の近傍における部分は二次元回折格子として振る舞い、該二次元回折格子は入射読取ビーム２０を、偏向されない零次副ビーム並びに偏向された一次副ビーム及び高次副ビームに分割する。上記零次副ビーム及び偏向された副ビームの部分は再び対物レンズ１８に入射する。該対物レンズの出口瞳の面においては、種々の副ビームの中心は互いに隔てられている。図２は、この面における状況を示している。
【００３４】
中心４６を持つ円４０は、この面における零次副ビームの断面を表している。中心４８及び５０を持つ円４２及び４４は（＋１）次副ビーム及び（−１）次副ビームの断面を各々表し、これら副ビームは接線、即ちトラック方向３６に回折されている。図２において、点線の円５２は当該対物レンズの瞳を表している。この図に示す状況の場合、零次副ビームは当該瞳を完全に満たすので、現実には円４０及び５２は一致する。情報層から到来する放射のうちの対物瞳内に入る部分のみが、情報走査のために使用される。情報読み取りのためには、零次副ビームに対する（＋１）次及び（−１）次副ビームにおける位相変化が利用される。
【００３５】
図２における斜線領域において、上記一次副ビームは零次副ビームと重なり合い、干渉が発生する。該一次副ビームの位相は、走査スポットが情報トラックにわたって移動する場合に変化する。結果として、対物レンズの出口瞳を通過する、従って放射感知性検出系に入射する全放射の強度は変化する。
【００３６】
走査（即ち読取）スポットの中心が例えばピット等の情報領域の中心と一致する場合、一次副ビームと零次副ビームとの間には所与の位相差Ψが存在する。当該走査スポットが第１情報領域から次の情報領域に移動する場合、一次副ビームの位相は２πだけ増加する。従って、走査スポットが接線方向に移動するにつれて、零次副ビームに対する一次副ビームの位相はω・ｔで変化すると言うことができる。ここで、ωは時間周波数を表し、該時間周波数は当該情報領域の空間周波数により及び走査速度により決定される。この場合、零次副ビームに対する一次副ビームｂ(＋１)の位相φ(＋１)は、
φ(＋１)＝Ψ＋ω・ｔ
により表すことができる。
【００３７】
ｂ(＋１)副ビームの零次副ビームとの干渉により生じる強度変化は、図２に破線により表す放射感知性検出素子５６により検出することができ、該検出器は対物レンズの出口瞳の面内又はそのイメージ内に配置される。Ψ＝πラジアンとなる当該情報構造の特定の位相深度（phase depth）の場合、出口瞳上の上記強度変化は対称となる。この場合、図１に示されるように、２つの重なり合い領域を通過するビーム部分は１つの検出器素子上に集中させることができる。この場合、検出器２５の時間依存性出力信号は：
Ｓi＝Ａ(Ψ)・cosΨ・cosωt
により表すことができる。ここで、Ａ(Ψ)はΨの値が減少すると減少する。当該情報構造の所与の位相深度に対して、振幅Ａ(Ψ)cosΨは一定となる。この場合、信号Ｓiの周波数は、その時点で走査される情報により決定される。
【００３８】
今までは、一次副ビームのみを議論した。情報構造が一層高次の回折次数でも放射を回折させることは明らかである。これらの次数における放射強度は低く、ここで考察される情報構造の空間周波数における回折角度は大きいので、高次ビームのうちの無視可能な部分しか対物レンズ１８の瞳内に入らない。従って、斯かる高次ビームの検出器信号Ｓiに対する影響は、無視することができる。
【００３９】
ここで上述した光学走査システムは、或るカットオフ周波数ｆｃを有する。対物瞳５２の中心４６と一次副ビームの中心４８及び５０との間の距離ｄはλ・ｆに比例し、ここで、ｆは当該情報領域の走査方向における空間周波数を表し、λは走査ビーム２０の波長を表す。図２は、周波数ｆがカットオフ周波数ｆｃの半分より僅かに高い状況を表している。周波数ｆが増加すると、(＋１)次副ビームは右に移動し、（−１）次副ビームは左に移動し、距離ｄは増加するであろう。通常カットオフ周波数ｆｃとして知られている所与の値のｆに対して、円４２及び４４は、最早、円５２とは交差せず、この円に単に接するのみである。この場合、一次副ビームは、最早、対物レンズ１８の瞳を通過することはなく、これら副ビームは、最早、零次副ビームと干渉し得ない。かくして、当該記録担体の情報は、最早、対物瞳を通過する全放射エネルギを検出することにより走査することはできない。図１に示すように反射で読み出す場合、従来のカットオフ周波数は：
ｆｃ＝２・ＮＡ／λ
により与えられ、ここで、ＮＡは対物レンズの開口数である。
【００４０】
図３は、従来の読取方法及び装置の能力を、情報層から読み取られる情報信号の振幅又は検出系により看取されるコントラストの尺度となる変調伝達関数ＭＴＦにより示している。このＭＴＦ（最大で１である）はパラメータＫ・λ／ＮＡの関数としてプロットされており、該パラメータは正規化された周波数パラメータ（即ち、ＮＡ／λから独立にされた空間周波数）と呼ぶことができる。該正規化されたパラメータが値２に近づくと、従って空間周波数Ｋが値２・ＮＡ／λに近づくと、ＭＴＦは零になり、これは、この周波数Ｋｃを持つ情報の細部を適切に読み取ることができないことを意味する。
【００４１】
走査装置の解像度を増加させる、即ち従来のカットオフ周波数より高い空間周波数の読み取りを可能にするために、米国特許第4,242,579号では、対物レンズの瞳に対して副ビームを接線方向３６にシフトすることが提案されている。このシフトは、情報構造の空間周波数がカットオフ周波数より高い場合においても、一方の一次副ビームの一部及び零次副ビームの一部が依然として対物レンズの瞳を通過するようなものである。
【００４２】
図４は、空間周波数が図１及び２の走査装置のカットオフ周波数より約１.５倍高いような状況を表している。零次副ビームの中心４６と＋の一次副ビーム４２の中心４８との間の距離ｄは、図２における距離ｄの約３倍大きい。これらの副ビームは図４では左にシフトされているので、斜線部分５８及び６０は対物レンズの瞳５２内に入る。ここで、マイナスの一次副ビーム４４は、この瞳の完全に外側となる。
【００４３】
図５に示されるように、零次副ビームb(0)の及び一次副ビームb(+1)のうちの、ここでは単一のレンズ要素として表された対物レンズ１８を通過し且つコリメータレンズ１４を通過する部分は、検出器２５の面６２に集中される。走査ビームはコヒーレントなビームであるので、上記のビーム部分は面６２において互いに干渉し、かくして、干渉パターンＩが生成される。この干渉パターンは、図５において曲線６４、６６及び６８により示されるように、接線方向３６において変化する。実線の曲線６４は、走査スポット２１が情報領域の中心に正確に位置する場合の強度変化を表している。走査スポットが、この中心から後続の情報領域に向かって移動すると、２つの順次の時点における強度パターンは、各々、一点鎖線の曲線６６及び点線の曲線６８によるものとなるであろう。読取スポット２１の走査の間においては、このように強度パターンは検出面を横切って進行する。図５における検出器７０のような、固定位置を有する狭い検出器の場合、この検出器が受ける放射は、結果として走査の間において変化する。このように、この検出器の出力信号は、その時点で読み取られている情報に依存して変化する。
【００４４】
検出器の接線方向の幅は、上記強度パターンの周期に対して小さくなければならない。この周期は、走査されている情報領域の局部的空間周波数により決まる。走査されるべき光学的表現若しくは文書の又は記録担体における特定の情報構造に関しては、最大空間周波数は分かるから、検出器７０の幅は、それに応じて適合させることができる。
【００４５】
検出器７０の出力信号は信号プロセッサ２７に供給される。読取出力信号の信号対雑音比は、検出器７０の両側に当該強度パターンの周期の約半分の距離で２つの追加の検出器７２及び７４を配設することにより改善することができる。これらの検出器の出力信号は加算され、これらの和は差動増幅器７６において検出器７０の前記出力信号から減算される。上記増幅器の出力は信号プロセッサ２７に接続されている。
【００４６】
米国特許第4,242,579号の走査装置においては、図４に示された副ビームの対物レンズの瞳に対するシフトは、対物レンズの軸及び記録担体を相対的に傾斜させることにより実現される。この場合、情報層により反射される放射の分布は、投影レンズの開口に対して非対称となるので、零次副ビームの及び一次副ビームの一方のみの部分だけが当該レンズを通過する。このように、読み取ることが可能な空間周波数は、例えば従来のカットオフ周波数の２倍まで増加させることができる。しかしながら、収束された読取ビームは基板を斜め方向に通過し、且つ、この基板は充分な機械的強度及び塵埃保護を提供するために例えば１２ｍｍなる所与の厚さを有さなければならないので、許容することができないような量の収差が読取ビームに、従って読取スポットに生じ得る。主たる収差はコマ収差であり、該コマ収差は当該情報構造の近隣のトラック間でクロストークを生じる。他のタイプの収差は、非点収差及び高次収差である。
【００４７】
この問題に対処するため、最近になって同時係属中のヨーロッパ特許出願第03100817.0号において、従来の光学読取装置を使用すると共に、記録担体の情報層に、読取ビーム（該ビーム自体は情報層に垂直に入射する）の反射された放射を入射読取ビームの主光線に対して鋭角の方向に指向させるための回折格子を設けることが提案されている。垂直に入射するとは、現時点で収束されたビームである入射ビームの主光線が記録担体に対して垂直であることを意味すると理解される。上記回折格子は、回折性情報構造から区別するために、規則的格子又は無情報格子と呼ばれる。ヨーロッパ特許出願第03100817.0号に記載されているように、該規則的格子は回折性情報構造により形成された一次副ビームの部分を、これら部分が対物レンズを通過すると共に、零次において二重に回折された放射と一緒に検出系上に収束されて、この系の位置において干渉するように、偏向する。この検出系は、米国特許第4,242,579号に開示された読取装置に使用されるものと同一とすることができる。上記規則的格子の効果に関する更なる詳細及び斯様な格子が設けられた記録担体の実施例については、ヨーロッパ特許出願第03100817.0号を参照されたい。
【００４８】
Ｋｇが上記規則的格子の空間周波数であり、Ｋｉが情報層における情報構造の空間周波数であるとすると、読取ビームは実効空間周波数Ｋｅを示す構造にかなうものとなり、この実効空間周波数は：
Ｋｅ＝Ｋｉ−ｍ・Ｋｇ
により与えられる。ここで、ｍは当該規則的格子の使用される回折次数であり、通常は、一次（ｍ＝１）である。Ｋｅは、上記規則的格子の周期性（即ち、空間周波数）が充分に大きいならば、従来のカットオフ周波数より小さいままに留まるであろう。上記周期性は、所与の回折次数の副ビームが当該格子により偏向される角度を決定する。即ち、該周期性が大きい（即ち、格子周期が小さい）ほど、回折角度は大きくなる。
【００４９】
このようにして、例えば従来のカットオフ周波数の２倍までの大きな空間周波数を持つ情報構造を読み取ることができる。これが、図６にグラフ８０で図示されている。このグラフは、変調伝達関数を、規則的格子が設けられた情報層における空間周波数の関数として示している。図３におけるのと同様に、該ＭＴＦは、正規化された周波数パラメータＫｉ・λ／ＮＡの関数としてプロットされている。ここで、読み取ることが可能な情報構造の最大空間周波数Ｋi,cは、Ｋi,c・λ・ＮＡ＝４、即ちＫi,c＝４ＮＡ／λにより与えられ、これは従来のカットオフ周波数の２倍である。
【００５０】
情報層に規則的格子を設けることは、２・ＮＡ／λから４・ＮＡ／λまでの範囲の空間周波数を持つ情報構造の読み取りを可能にし、従って読み取ることが可能な空間周波数の帯域をｍ・Ｋｇにわたりずらす。しかしながら、該空間周波数帯域の幅は拡大されず、２・ＮＡ／λのままである。
【００５１】
本発明によれば、情報層に複屈折格子を設けることにより、及び２つの互いに垂直な偏光成分を持つ放射を供給するような放射源ユニットが設けられた読取装置を使用することにより、空間周波数帯域を４・ＮＡ／λまで拡大することができる。複屈折格子とは、２つの互いに垂直な偏光成分に対して異なる光学的振る舞いを示すような格子を意味すると理解される。
【００５２】
上記複屈折格子は、所定の第１偏光方向を持つ第１のタイプの放射に対してのみ、当該格子が能動的である（即ち“可視的”）という条件を満たさねばならない。即ち、該複屈折格子は、このタイプの放射のビームを一次ビームに分割する。該第１タイプの放射のものに対して垂直な第２偏光方向を持つような第２のタイプの放射に対して、該格子は非能動的（即ち、“非可視的”）でなければならない。即ち、該格子は、このタイプの放射のビームを単一ビームとして（該ビームは、零次ビームと呼ぶことができる）通過させなければならない。
【００５３】
図７は、このような複屈折格子９０の一実施例の小部分を示し、該格子は例えば液晶材料の層９２を有している。該格子は、垂直断面で、即ち上面９４及び下面９６に垂直な面で示されている。多数の格子細条９８及び中間細条１００のうちの３つのみが示されている。格子細条９８における材料の実効屈折率は、中間細条１００における実効屈折率とは異なっている。このように、当該格子は位相格子である。即ち、該格子は格子細条に入射するビーム部分と中間細条に入射するビーム部分との間に位相差を生じさせる。上記実効屈折率とは、当該格子が能動的であるべき放射偏光成分に対する屈折率を意味すると理解される。図７では、異なる屈折率は、異なる斜線方向により示されている。
【００５４】
格子細条９８及び中間細条１００の材料は液晶（ＬＣ）材料であり、これによれば、格子細条における材料は中間細条における材料とは別の複屈折及び屈折率を有している。これは、例えば、格子細条において、中間細条におけるＬＣ分子の向きとは異なる（例えば、垂直な）ＬＣ分子の向き（即ち、整列方向）を生成することにより達成することができる。異なる屈折率を示す交互の細条の構造は、図７の図面の面に平行で且つ格子面に平行な、従って格子ラインの方向に垂直な偏光方向を持つ放射に対し可視的である、即ち格子として作用する。この面に垂直な、従って格子ラインの方向に平行な偏光方向を持つ放射は回折されないであろう。
【００５５】
図７の構造は、モノマ材料の混合物からの液晶網状構造の形成の間に光誘起拡散（photo-induced diffusion）により作製することができる。この技術は、他の用途に関して、Recent Res. Dev. in Polymer Science, 2, 313,1998における、D.J. Broer他による“Photo-induced diffusion during the formation of liquid crystalline networks: A powerful tool to control polymer morphology down to nano scale level”なる文献に記載されている。また、この技術は、Chem. Mater. 10, 135, 1998におけるC.F. v. Nolte他による“Photo-induced opposite diffusion of nematic and isotropic monomers during patterned photo polymerisation”なる文献にも記載されている。モノマ混合物は、紫外（ＵＶ）光のような放射により重合することが、即ち光重合することができる。斯かるモノマの１つが液晶分子を有するなら、安定した架橋ＬＣ網状構造を得ることができる。重合のために、空間的に変調された放射、即ち周期的強度分布を有する放射が使用されるなら、重合された物質の組成は周期的変化を示すであろう。何故なら、放射強度の差が、反応性メソゲン（mesogen）の配合物において組成勾配を生成するからである。反応性メソゲンは液晶であり、斯かる液晶には１以上の反応性基が設けられる。上記組成勾配は材料の層に材料粒子の拡散を誘起し、その結果、屈折率及び複屈折のようなパラメータの周期的変化が得られる。例えば、そしてBroer他の上記文献に記載されているように、ＬＣジアクリレート（diacrylate）と等方性モノアクリレート（monoacrylate）との混合物からは、複屈折ホログラムを作製することができ、該ホログラムは１０μｍの空間周期を有すると共に、ＬＣ整列方向に平行な偏光方向を持つ放射に対して５０％の回折効率を示す。ＬＣ整列方向に垂直な偏光方向を持つ放射に対しては、回折効率は１５％に過ぎない。このようにして、状況下では本発明による記録担体に使用することができるような複屈折回折格子を作製することができる。もっとも、上記複屈折は最適には使用されていない。これは、複屈折を示す材料部分の常光屈折率ｎｏと、これら部分の外側の等方性材料の屈折率との間の残存する差による。
【００５６】
このようにして作製された格子は、ホログラフィック格子と呼ばれる。何故なら、ホログラフィック技術が使用される、即ち格子パターンを得るために２つの干渉するビームが使用されるからである。
【００５７】
複屈折ホログラフィック格子を作製する他の方法は、Boiko他によりOptics Letters 27(19), 2002,p. 1717に、及びこの文献において参照される文献に記載されている。この方法においては、液晶材料及び等方性モノマを有する所謂ＰＤＬＣ混合物がパターン的に重合される。２つの干渉するビームによる代わりに、該パターンは、上記混合物を該混合物における所要のパターンに対応するようなスリットのパターンが設けられたマスクを介して露光することにより得ることもできる。上記等方性モノマの局部的に強化された重合の間に、上記液晶は個別の層に位相分離（phase-separate）する。これらの層は、ポリマの突起、即ち細い繊維状の高分子構造により依然として接続されている。異方性拘束（anisotropic confinement）により、これらの突起は当該液晶を斯かる突起の方向に、即ちポリマ層に垂直な方向に配向する。上記液晶及びモノマを、該液晶の屈折率の一方が上記モノマの屈折率と合致するように選択することにより、複屈折性、即ち偏光感知性格子が得られる。引用された文献に記載された格子は、スイッチ可能な格子である。本発明による記録担体に使用される格子は、受動型、即ち非スイッチ可能な格子である。これは、上記位相分離された液晶に上記等方性モノマのものとは異なる性質の反応性基を設けること、及び上記液晶を上記位相分離が達成された後に固体の高分子構造に変換するのを可能にする。
【００５８】
本発明と共に使用する複屈折回折格子の一層良好な他の例が、図８に示されている。この図も、当該格子の小部分の垂直断面を示している。当該格子材料は、ネマチック液晶を有し、格子細条９８における該液晶の向き、即ち結晶分子の整列方向は、中間細条１００における該向きとは異なっている（好ましくは、垂直である）。上記整列方向は垂直線１０２及び水平線１０４により各々示されている。図８の図面の面に対して垂直な偏光方向を持つ直線偏光された放射に対して、プレート９０は該プレート全体にわたって常光線屈折率ｎｏを示すので、該プレートは平行平面板として作用する。図の面内で且つ当該格子の主面に平行な偏光方向を持つ直線偏光された放射に対しては、屈折率は、ｎｏ（中間細条１００における）と異常光屈折率ｎｅ（格子細条９８における）との間で交互となる。差Δｎ＝ｎｏ−ｎｅは０.１５までの値を有することができる。
【００５９】
このような格子は、反応性メソゲンの重合により作製することができる。ＵＶ若しくは可視放射による又は電子による暴露により、又は熱により、メソゲンの反応性基は重合することができる。開始剤（イニシエータ）を添加することができ、斯かる開始剤は、活性化すると反応性粒子（例えば、基（radical））を生成し、該反応性粒子が重合反応を開始させる。上記反応性メソゲンは、当該格子が形成されるべき面において整列させることができる。
【００６０】
反応性メソゲン分子の交互の向きを有するような領域のパターンを生成するのに便利な技術は、Wilderbeek他によりAdvanced Materials, 15 (12), 2002, p.985に記載されている。この方法によれば、基板は感光性ポリマの薄い層により被覆される。該ポリマをパターン化されたマスクを介してＵＶ放射で露光することにより、所要のパターンが得られる。上記露光の間において、ＵＶ放射の電界ベクトルに平行な遷移モーメントを持つ不飽和基は架橋し、固定化される。反応されない部分は、依然として移動可能であり、時間が経過するうちに、これら部分は遷移モーメントを偏光されたＵＶ放射に概ね平行に位置させ、反応する。最後に、液晶を整列させる能力を持つ異方性表面が得られる。
【００６１】
露光された領域では、反応性メソゲンは後に偏光ＵＶ放射の電界ベクトルの方向に整列する。非露光領域は、元々の不飽和部分を依然として含み、従って反応的である。当該表面が、加熱下のアルカン・チオール（alkane thiol）及び遊離基ジェネレータにより処理されると、残存する不飽和基はチオール基と反応する。結果として、該表面は無極性アルカン尾（a-polar alkane tails）により改質され、これが液晶（反応性メソゲン）を該表面に垂直に整列させる。このようにして処理された表面上の反応性メソゲンは、かくして、向きを表面に平行に及び表面に垂直にと各々交互となるので、ＵＶ放射を用いた露光による重合の後に、図８に示すような構造が得られる。
【００６２】
上記複屈折格子は記録担体上に直接形成することができる。即ち、記録担体上で順次の被覆及び露光ステップが実行される。他の例として、当該格子構造は、例えばプラスチック等の一時的基板の間で記録担体からは別個に作製することができ、完成した格子を該記録担体の情報層上に配置することができる。
【００６３】
既に述べたように、上記複屈折格子は、一次ビームが該複屈折格子により回折される回折角度が、該一次ビームが情報構造により回折される角度より小さくなり、かくして二重に回折される次数のビームが対物系を通過することができるように、当該記録担体の回折性情報構造の周期よりも小さな格子周期を有さなければならない。これは、該複屈折格子の周期がλ／２・ＮＡより充分に小さくなければならないことを意味し、ここで、ＮＡは対物系の開口数である。
【００６４】
低周波数情報構造と高周波数情報構造との間のクロストークを防止するために、当該格子は、該格子が能動的となる読取ビーム偏光成分の零次副ビームを発生することは回避されなければならない。この条件は、格子細条を通過するビーム部分及び中間細条を通過するビーム部分に対する光学経路長の差が、λ／２又はその奇数倍となる場合に満足され、ここで、λは当該放射の波長である。上記光学経路長の差は、当該格子層の厚さｔｇとΔｎとの積となる。このように、クロストークが除去されるべき場合、当該格子層の厚さはλ／２Δｎ又はその奇数倍とならなければならない。これは透過型格子に対して成り立ち、反射型格子に対しては、格子層の厚さはλ／４Δｎとならなければならない。透過型格子は、後面に反射層を設けることにより、反射型格子に変換することができる。
【００６５】
高周波数（＞２・ＮＡ／λ）信号と低周波数（＜２・ＮＡ／λ）信号との間のクロストークの発生は、情報構造の適切な配置により防止することもできる。高い及び低い空間周波数の情報領域を、第１の高い周波数のトラック及び第２の低い周波数のトラックに各々配置することができ、これらのトラックはインターリーブすることができる。即ち、各高周波数トラックは、２つの低周波数トラックの間に配置され、及び逆にされる。上記高周波数トラックを第１スポットにより、上記低周波数トラックを第２スポットにより読み取ることにより、クロストークを最小にすることができる。
【００６６】
インターリーブは、高周波数トラックと低周波数トラックとの間の距離が従来の情報構造のトラック距離の例えば半分となるので、該新規な記録担体の情報密度、従って容量を従来の記録担体のものの例えば２倍にすることができるという付加的な利点を有する。
【００６７】
大きなスペクトルの空間周波数を有するような情報構造を持つ記録担体を読み取るために、図９に示す装置１１０を使用することができる。この装置は、単一の放射ビームｂを放出するダイオードレーザ１１２と、コリメータ１１４と、ビームスプリッタ１１６と、対物レンズ１１８と、検出枝路１２２とを有している。読取ビームｂは、２つの互いに垂直な偏光された成分を有さなければならない。このようなビームは、上記ダイオードレーザの空洞スリット（cavity slit）を、直線偏光されたビームｂの偏光方向が、基板１３２を持つ当該記録担体１３０の情報層１３４上の複屈折格子１３６の格子細条におけるＬＣ整列方向に対して４５°の角度となる如くに、適切な方向に向けることにより得ることができる。他の例として、そして図９に示すように、λ／２プレート１２０をダイオードレーザ１１２とビームスプリッタ１１６との間に配置することができ、該プレートは直線偏光されたレーザビームの偏光方向を、当該記録担体に、従って複屈折格子１３６に入射するビームが２つの互いに直交する偏光成分を有するように回転させる。第２の代替例として、要素１２０をλ／４プレートにより置換することができ、該λ／４プレートは直線偏光されたレーザビームを、２つの互いに垂直な偏光ビーム成分からなるような円偏光されたビームに変換する。
【００６８】
高周波数の情報領域及び低周波数の情報領域により各々変調された反射ビーム成分ｂ１及びｂ２は、別個に検出されねばならない。これは、当該検出枝路に偏光感知性ビームスプリッタ１２４を含めることにより実現することができ、該スプリッタはビーム成分ｂ１を検出器１２６に反射すると共に、ビーム成分ｂ２を検出器１２８に通過させる。検出器１２８は従来のカットオフ周波数ｆｃまでの範囲の周波数を持つ信号を出力し、検出器１２６は該周波数ｆｃから２・ｆｃまでの範囲の周波数を持つ信号を出力する。
【００６９】
当該記録担体の情報構造がインターリーブされた高周波数トラック及び低周波数トラックを有する場合、斯かる高周波数トラック及び低周波数トラックを各々読み取るために２つのスポットが必要となる。これらのスポットの間の半径方向距離は、高周波数トラックと隣接する低周波数トラックとの間の中心間の距離に等しくなければならない。このようなスポットの分離は、例えば中立のビームスプリッタ１１６をウォラストン・プリズムに置換することにより得られる。このプリズムは、ビームを、異なる偏光方向を持つ２つの角度的に分離されたビームに分割する。対物系１１８は、これらのビームの異なる方向を、これらビームにより情報層に形成されるスポットの異なる位置に変換する。このようにして、高周波数トラックを読み取るべき読取ビーム偏光成分の強度は、低周波数トラックの位置では最小化される。
【００７０】
図１０は、上記複屈折格子が、情報構造により回折される副ビームに対して有する効果を示している。この図は、図９の要素のうちの、本発明に関係する要素のみ、即ち対物レンズ１１８、情報層１３４を備える記録担体１３０及び回折格子１３６のみを示している。この格子は、入射読取ビームｂを、プラスの一次副ビームb’(+1)とマイナスの一次副ビームb’(-1)とに分割する。当該格子の周期は情報層１３４における情報構造の周期よりも大きいので、副ビームb’(+1)及び b’(-1)は、副ビームb(+1)及び b(-1)が当該情報構造により偏向される角度よりも小さい角度で偏向される。副ビームb(+1)及び b(-1)は、図１０では実線により示されている。格子１３６は情報構造３４上に重畳されているので、該情報構造により形成される副ビームb(+1)及び b(-1)は当該格子により二重回折一次副ビームへと更に回折される。これらの二重回折副ビームのうちの、副ビームb(+1,-1)及びb(-1,+1)は、図１０に示されるように当該対物レンズ系の瞳を通過する。これら副ビームの第１及び第２のインデックスは、情報構造１３４により及び格子１３６により各々発生される回折の次数に関係している。このようにして、一次副ビームのうちの当該情報構造により変調された部分が放射感知性検出系に到達するようになり、大幅に向上された解像度の読み取りが可能になる。
【００７１】
このタイプの読み取りは、従来のカットオフ周波数から該周波数の２倍までの範囲の高空間周波数を持つような情報領域に対して使用され、図７及び８の図面の面内の且つ当該格子の周期性に垂直な（即ち、格子線の方向に垂直な）偏光方向（ＴＭ偏光）を持つような読取ビームの成分によってのみ実行することができる。低周波数情報信号とのクロストークを防止するために、格子１３６は一次副ビームのみを発生すべきであり、零次副ビームは発生すべきでない。図７及び８の図面の面に垂直であって格子線に平行な方向に偏光され（ＴＥ偏光）、当該格子によっては回折されない他のビーム成分は、従来のカットオフ周波数までの範囲の低空間周波数を持つ情報領域のみを読み取ることができる。高周波数情報信号とのクロストークを防止するために、格子１３６は、この偏光成分に対しては一次及びそれ以上の次数は発生してはならない。
【００７２】
同時係属中のヨーロッパ特許出願第EP03100817.0号において従来の格子に関して議論されているように、複屈折格子の格子細条の方向は情報層における情報領域の配置に適合させることができる。これらの領域がトラックに配置される場合、上記方向はトラック方向に平行とすることができるが、トラック方向又はこれら２つの方向の間の如何なる方向とすることもできる。情報領域が、２Ｄ−ＯＳ（二次元光記憶）構造（即ち、各々が例えば対応する数の検出器のマトリクスにより同時に読み取られるような複数の情報領域を有するブロックからなる構造）に従い配置されている場合、格子細条の方向は好ましくは上記ブロックに対して対角的となる。このような態様に関する更なる詳細は、ヨーロッパ特許出願第EP03100817.0号に見ることができ、該文献は、この態様に関して参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００７３】
上記情報領域のピッチが記録担体にわたって変化する（例えば、外側トラックから内側トラックに向かって減少する）場合、当該格子のピッチは対応する変化を示すことができる。
【００７４】
本発明による記録担体は、帯状の記録担体又は光カードとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、従来の読取装置の例を概略図示する。
【図２】図２は、当該装置の対物レンズの瞳に対する異なる回折次数の副ビームの部分を示す。
【図３】図３は、従来の記録担体に関して、変調伝達関数を正規化された空間周波数の関数として示す。
【図４】図４は、情報構造により回折された副ビームをずらすことにより解像度が向上される読取原理を示す。
【図５】図５も、情報構造により回折された副ビームをずらすことにより解像度が向上される読取原理を示す。
【図６】図６は、本発明による記録担体に関して、変調伝達関数を正規化された空間周波数の関数として示す。
【図７】図７は、当該記録担体と共に使用される複屈折格子の第１実施例の一部を断面図として示す。
【図８】図８は、当該記録担体と共に使用される複屈折格子の第２実施例の一部を断面図として示す。
【図９】図９は、当該記録担体を読み取る装置の一実施例を示す。
【図１０】図１０は、当該複屈折格子が情報構造により回折された副ビームに対して有する効果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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