(57)【要約】多層ディスクフォーマット及び単一層ディスクフォーマット両方と適合し、例えば、上記のようなデュアルレンズシステムを与え、例えば、ＤＶＤと適合するレンズＯＬ０（二層フォーマットの層Ｌ０）及びＣＤと適合するレンズＯＬ１（二層ＢＤ／ＰＤフォーマットの層Ｌ１）を形成することによりレンズのデザイン要求を緩和することができる光走査装置を提供する。それ故、２つのレンズを有するデザインのみが２つの異なる波長で機能するために必要であり、その装置は３つの異なる光学記録担体フォーマットと適合することを達成するが、各々のレンズ部分のみに対する球面収差量は、複数の既知の方法の一において２つのフォーマットに対して適切に適合されることを必要とする。
2007531188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１、第２及び第３フォーマットの何れの一の光学記録担体を読み取る及び／又はそれを書き込むための光走査装置のための光学要素であって、少なくとも前記第１
フォーマットは多層担体フォーマットを有し、前記光学要素は少なくとも２つの対物レンズを有し、前記対物レンズの第１の一は、前記多層担体フォーマットの前記第２フォーマット及び第１層の両方の読み取り及び／又は書き込み中に球面収差の実質的に最適な補償を与えるように配置及び構成され、前記対物レンズの第２の一は、前記多層担体フォーマットの前記第３フォーマット及び第２層の両方の読み取り及び／又は書き込み中に球面収差の実質的に最適な補償を与えるように配置及び構成された、光学要素。
【請求項２】
請求項１に記載の光学要素であって、前記少なくとも２つの対物レンズは別個の要素を有する、光学要素。
【請求項３】
請求項１に記載の光学要素であって、前記少なくとも２つの対物レンズはモノリシックなマルチレンズ構成要素を有する、光学要素。
【請求項４】
請求項３に記載の光学要素であって、前記モノリシックなマルチレンズ構成要素はプラスチック射出成型技術により製造される、光学要素。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れ一項に記載の光学要素であって、各々の対物レンズは回折要素及び屈折要素を備えている、光学要素。
【請求項６】
請求項５に記載の光学要素であって、各々の対物レンズは異なる回折格子を備えている、光学要素。
【請求項７】
請求項６に記載の光学要素であって、前記回折格子はブレーズド回折格子であって、各々のブレーズの高さは、種々のフォーマットについて、単一回折次数で高効率が得られるように選択された、光学要素。
【請求項８】
請求項７に記載の光学要素であって、各々それぞれのフォーマットについてのブレーズ高さは式ｈ＝λ／（ｎ−１）により決定され、ここで、ｈはブレーズ高さ、ｎは媒体（対物レンズが形成されている）の屈折率である、光学要素。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れ一項に記載の光学要素を製造する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、プラスチック射出成型処理を有する、方法。
【請求項１１】
少なくとも３つのフォーマットの何れ一の光学記録担体を読み取る及び／又はそれを書き込むための光走査装置であって、該装置は電磁放射線源を有し及び請求項１乃至８の何れ一項にしたがった光学要素を有し、前記対物レンズの一は、読み取られる及び／書き込まれる光学記録担体のフォーマットにしたがってデータ記録層に電磁放射線ビームをフォーカシングするように用いられ、アクチュエータは前記データ記録層にフォーカシングされる前記電磁放射線ビームを維持するように前記光学記録担体に対して前記光学要素を移動させる、光走査装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れ一項に記載の光走査装置であって、前記多層フォーマットはブルーレイ又はポータブルブルーを有する、光走査装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光走査装置であって、前記第２及び第３フォーマットはＣＤ及びＤＶＤのそれぞれを有することが可能である、光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生及び任意の記録のための光走査装置及び少なくとも３つの異なるフォーマットの光学記録担体のための並びに異なる関連波長のレーザ放射を有する光学要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学データ記憶システムは、光ディスクのような光学記録担体に大量のデータを記憶するための手段を備えている。それらのデータは、ディスクのデータ層にレーザビームをフォーカシングし、次いで、反射光ビームを検出することによりアクセスされる。１つの既知のシステムにおいては、データは、ディスクにおいてピットのようなマークとして永久的に組み込まれ、そのデータは、レーザビームがそれらのマークを通過するときに反射率の変化として検出される。
【０００３】
高密度で大容量の記録媒体としてピットパターンを有する光ディスクを用いる光ディスク記憶技術は、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ビデオディスク、文書ファイルディスク及びデータファイルへとアプリケーションを拡大しながら、実用化されてきた。
【０００４】
光ディスクの記録密度を更に改善するように、近年、対物レンズの開口数（ＮＡ）の増加が研究されてきた。対物レンズは、回折限界スポットを形成するように光ディスク上に光ビームをフォーカシングする。しかしながら、光ディスクのデータ記録層を保護するためのベース材料の厚さにおける誤りによりもたらされる球面収差は、ＮＡに伴って大きく増加する。それ故、光学記憶ディスクは密度を増加され、対物レンズのＮＡはより大きくなるため、ディスクのカバー層がディスクの製造処理における小さな変動のために設計値からずれるとき又は二層型ディスクが用いられるときに生じる球面収差による影響は増加し、したがって、読み取り信号における歪みが存在する。
【０００５】
換言すれば、大きいＮＡの読み取りシステムについては、球面収差のための補償が、カバー層の厚さの変動に対する許容範囲を増加させるために又は二層型ディスクが用いられるときに必要とされ、球面収差は現象であり、それ故、光軸に対して小さい角度をなすディスクを走査する光の収束コーン状の光線は、光軸と大きい角度をなす収束コーン状の光線の焦点と異なる焦点を有する。これは、そのスポットのぼやけ及びビットストリームの読み取りにおける忠実度の損失をもたらす。補償される必要がある球面収差量は、その光線がフォーカシングされるデータ層の深さに比例するが、一定量の球面収差は、光のコーンを生成する対物レンズにより補償される。
【０００６】
携帯用アプリケーションに対しては、ディスク及びドライブの両者はできるだけ小さい必要がある。小さいディスクにおいて十分なデータ容量を達成するためには、この種類のアプリケーションのためには、二層ディスクを用いることが非常に好ましい。図１を参照するに、そのようなディスクにおいては、第１データ層Ｌ０がディスクの入射面Ｓの下方、深さｄに位置付けられ、第２層Ｌ１は深さｄ＋ｓに位置付けられている。厚さｄの最上層はカバー層と呼ばれ、厚さｓの中間層はスペーサ層と呼ばれる。
【０００７】
単一層のみを有するディスクについては、一定量の球面収差が、光の収束コーンを生成する対物レンズにより補償されることが可能であるが、これは、マルチレイヤのディスクについては十分でない。後者の種類のディスクは、スペーサ層を透過するフォーカシングに関連する球面収差についての補償が必要である。これは、２つの対物レンズを用いることにより達成されることが可能であり、それら２つの対物レンズの各々は、層Ｌ０及びＬ１それぞれに関する球面収差を補償する。それ故、代表的な光走査装置は、この場合、層Ｌ０及びＬ１それぞれに関する球面収差を補償するために２つの対物レンズＯＬ０及びＯＬ１を有することが可能であり、それらの対物レンズはアクチュエータに備えられている。
【０００８】
図２を参照するに、２つの対物レンズＯＬ０及びＯＬ１がプラスチック射出成型により製造されたモノリシック構成要素により置き換えられ、ここで、成型物は、二層ディスクの層Ｌ０及びＬ１の読み取りのために最適化された２つの近傍の対物レンズ形状ＯＬ０及びＯＬ１の形状を有する。２つのレンズ（図１）又は２つのレンズ形状を有するモノリシック構成要素（図２）のアセンブリはアクチュエータＡＣに備えられ、そのアクチュエータは、トラックにおいて走査スポットを焦点として保つように、径方向及び焦点方向に移動することができるドライブの一部である。
【０００９】
光走査装置のための好ましい特性は適合性、即ち、異なるフォーマットの光学記録担体を再生及び（ある場合に）記録する能力である。コンパクトディスク（ＣＤ）はそれ自体、ＣＤ（ＣＤオーディオ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ読み出し専用メモリ）、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）及びＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）として利用可能である。ＣＤは、約７８０ｎｍの波長及び０．４５の開口数を有するレーザ放射を用いて走査されるようにデザインされている。ＤＶＤを読み取るように、０．６のＮＡが、一般に用いられ、ここで、ＤＶＤに書き込むために、０．６５のＮＡが、一般に必要とされる。
【００１０】
それにも拘わらず、ＣＤをまた読み取ることができるＤＶＤドライブが知られている。例えば、国際公開第９９／５７７２０号パンフレットにおいて、同じ対物レンズを用いて異なる波長のレーザ放射を用いることによりＤＶＤ及びＣＤを読み取ることができるシステムについて開示されている。対物レンズは、２つの屈折非球面か又は異なる要素を有する１つの非球面及び１つの屈折非球面のどちらかを有する成型プラスチックレンズを有する。そのレンズは、２つのディスクフォーマットについての厚さの差によりもたらされる球面収差及び色収差を補正することができる。
【００１１】
しかしながら、そのような既知のシステムは、例えば、二層ブルーレイディスク（ＢＤ）又はポータブルブルー（ＰＢ）のような多層ディスクとの更なる適合性はなく、二層ＢＤ／ＰＢばかりでなく、ＤＶＤ及びＣＤも読み取ることができる光走査装置を提供することが明らかに望ましい。それらの３つのフォーマットは、４０５ｎｍ、６５５ｎｍ及び７８５ｎｍの波長で、０．８５、０．６０乃至０．６５及び０．４５乃至０．５５の開口率値で、並びに、７０及び１００ｎｍ（ＢＤ／ＰＢシステムの２つの深さ）、６００ｎｍ及び１２００ｎｍそれぞれのカバー層の厚さで動作する。図３を参照するに、レンズのデザインに影響を与えるパラメータは３つのフォーマットに対して異なっていることが理解できる。これは、３つの適合性を有する単一レンズの設計に関してかなり厳しい要求をつきつける。更に、単一レンズは、二層（又は多層）を読み取り可能にするように付加的な球面収差の補償を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それ故、本発明の目的は、一方で、二層ＢＤ又はＰＢのような多層の高ＮＡ記憶システム、他方で、ＣＤ及びＤＶＤのような異なるフォーマットのディスクと適合する改善された光走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にしたがって、少なくとも第１、第２及び第３フォーマットの何れの一の光学記録担体を読み取る及び／又はそれらに書き込むための光走査装置のための光学要素を備え、少なくとも前記第１フォーマットは多層担体フォーマットを有し、前記光学要素は少なくとも２つの対物レンズを有し、前記対物レンズの第１の一は、前記多層担体フォーマットの第１層及び前記第２フォーマットの両者を読み取る及び／又はそれらに書き込む間に球面収差のための実質的に最適な補償を与えるように配置され且つ構成され、前記対物レンズの第２の一は、前記多層担体フォーマットの第２層及び前記第３フォーマットの両者を読み取る及び／又はそれらに書き込む間に球面収差のための実質的に最適な補償を与えるように配置され且つ構成されている。
【００１４】
勿論、各々のフォーマットは、読み取り又は書き込みのための異なるそれぞれの波長の電磁放射線を必要とし、実際には、多層フォーマットは、一般に、各々の層についての異なる波長を必要とすることが理解されるであろう。
【００１５】
対物レンズは、別個の要素を有することが可能であるが、より好適には、例えば、プラスチックの射出成型技術により製造されるモノリシックなマルチレンズ構成要素として備えられる。実際には、本発明は、上記のように、好適には、プラスチックの射出成型技術による光学要素の製造方法に及ぶ。
【００１６】
本発明は、少なくとも３つのフォーマットの何れの一の光学記録担体を読み取る及び／又はそれらに書き込むための光走査装置であって、その装置は電磁放射線源を有し且つ上記のような光学要素を有し、それ故、前記対物レンズの一は、読み取られる及び／又は書き込まれる光学記録担体のフォーマットにしたがってデータ記録層に電磁放射線ビームをフォーカシングするために用いられ、前記データ記録層にフォーカシングされる前記電磁放射線ビームを維持するように前記光学記録担体に対して前記光学要素を有する、光走査装置に更に及ぶ。
【００１７】
一実施形態のおいては、多層光学記録担体は、例えば、ブルーレイディスク（ＢＤ）又はポータブルブルー（ＰＢ）のような第１二層フォーマットを有することが可能であり、第２フォーマット及び第３フォーマットは、例えば、単一層並びに／若しくは単一又は二層ＣＤ  ＤＶＤのそれぞれのような異なるフォーマットのディスクを有することが可能である。
【００１８】
各々の対物レンズは、好適には、回折構造又は非周期的位相構造のような位相構造及び屈折要素を備えている。例えば、各々の対物レンズは、回折格子、より好適には、ブレーズド格子を備えることが可能であり、各々のブレーズ高さは、種々のフォーマットについて、単一回折次数において有利に高効率が達成されるように選択される。各々のそれぞれのフォーマットについてのブレーズ高さは、好適には、式ｈ＝λ／（ｎ−１）により決定され、ここで、ｈはブレーズ高さであり、ｎは媒体（対物レンズが形成される）の屈折率であり、そしてλは特定の読み取りモードの光の波長である。
【００１９】
本発明の上記の及び他の特徴は、以下に詳述する実施形態に関連して明らかになり、理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
それ故、上記のように、本発明は、多層ディスクフォーマット及び単一層ディスクフォーマット両方と適合し、例えば、上記のようなデュアルレンズシステムを利用して、例えば、二層ＢＤ／ＰＢ読み取りに関して、図４に模式的に示すようなＤＶＤと適合するレンズＯＬ０（及び、二層ＢＤ／ＰＤフォーマットの層Ｌ０）及びＣＤと適合するレンズＯＬ１（及び、二層ＢＤ／ＰＤフォーマットの層Ｌ１）を形成することによりレンズのデザイン要求を緩和することができる光走査装置を提供する。それ故、２つのレンズを有するデザインのみが２つの異なる波長で機能するために必要であり、そのことは問題を単純化することができる。
【００２１】
単一レンズを２つの異なるディスクフォーマットに適合するようにするために用いられる複数の技術が存在することを当業者は理解できるであろう。所望の適合性を達成する一方法は、例えば、国際公開第０２／４１３０３号パンフレットに記載されているように、回折格子を用いることである。この特許文献においては、書き込み操作中の速い波長変動からもたらされる色収差を補正し、許容可能な効率で第２フォーマット（例えば、ＣＤ）の光学記録担体にデータを書き込むことができるために、高効率を有する第１フォーマット（例えば、ＤＶＤ）の光学記録担体にデータを書き込むことができる光走査装置について記載されている。このことは、鋸歯状のブレーズド格子構造の好適な回折格子を担持する回折要素を有し、それ故、無限共役モードにおいて回折要素及び屈折要素を組み合わせるハイブリッドレンズを備えた対物レンズにより達成される。対物レンズの回折特性及び屈折特性は、第１厚さ（即ち、フォーマット）の光学記録単体と適合する第１波長の放射線が送られ、スフェロクロマティズムの比較的低レベルを伴って、前記第１フォーマットの光学記録担体にフォーカシングされ、第２厚さ（即ち、フォーマット）の光学記録単体と適合する第２波長の放射線が送られ、前記第２フォーマットの光学記録担体にフォーカシングされる。対物レンズの回折特性及び屈折特定は、波長λ１及びλ２の回折次数ｍ１及びｍ２が第１フォーマット及び第２フォーマットのそれぞれの光学記録担体を走査するように用いられる。
【００２２】
図４及び本発明のこの例示としての実施形態を参照するに、レンズ部分Ｌ０及びＬ１の各々は、好適には、ブレーズド回折格子（国際公開第０２／４１３０３号パンフレットに記載されている同様の概念）に基づく回折格子を備えることが可能であり、各々のブレーズの高さは、種々の読み取り波長について、高効率が単一回折次数で達成されるように選択される。回折格子の適切なデザインにより、異なる読み取りモードでもたらされる異なる球面収差量は、カバー層の厚さのためにもたらされる球面収差を補償するように用いられる。それ故、課題は、以下、更に詳細に説明するように、各々の読み取りモードのための１つの特定の回折次数における高効率を達成するように適切なブレーズの高さを求めることである。
【００２３】
ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤに対して適切であるブレーズ高さを求めることは、ｎを媒体の屈折率とし、λを特定の読み取りモードの波長とし、
ｈＣＤ＝λＣＤ／（ｎ−１）
ｈＣＤ＝λＤＶＤ／（ｎ−１）
ｈＢＤ＝λＢＤ／（ｎ−１）
を規定するとき、
【００２４】
【数１】
2007531188.tif 000003
又は同様に
【００２５】
【数２】
2007531188.tif 000004
が求められ、ここで、ｍは整数である。ＣＤ及びＢＤに対しては
２ｍＣＤ＝ｍＢＤ
を求め、ＤＶＤ及びＢＤに対しては、
３ｍＤＶＤ＝２ｍＢＤを
求める。最初の解は
ｍＣＤ＝３
ｍＤＶＤ＝４
ｍＢＤ＝６
である。
【００２６】
特にＢＤについての高次の回折次数の欠点は、対物レンズがスフェロクロマティズム（即ち、波長の変化に伴う球面収差の変動）に敏感であることである。このような理由で、低次の回折次数が好ましい。本発明の例示としての実施形態にしたがって、例えば、レンズＯＬ０についてｍＣＤ＝１及びｍＢＤ＝２を生じるＣＤ／ＢＤと、レンズＯＬ１についてｍＤＶＤ＝２及びｍＢＤ＝３を生じるＤＶＤ／ＢＤとを組み合わせることのみが必要である。
【００２７】
図５を参照するに、従来の光学記録システムの光路は、放射線源１と、その放射線源１により出射された電磁放射線ビームと、ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、対物レンズであって、そのレンズが焦点において及び径方向に移動することができるようにアクチュエータにおいて備えられている、対物レンズと、前方表面７ａ及び後方表面７ｂを有するディスク７と、検出器８とを有する。先行技術にしたがって、データ層は７ｂに位置付けされ、簡単な対物レンズのみが用いられる。本発明にしたがった光学記録システムにおいては、単一の対物レンズ５は、上記のデュアル対物レンズで置き換えられることが可能である。
【００２８】
それ故、本発明は、３つの異なる光学記録担体フォーマットとの適合性を達成できるが、各々のレンズ部分に対する球面収差量は、複数の既知の方法（例えば、国際公開第０２／４１３０３号パンフレットに記載されているような）の１つのみにおける２つのフォーマットに対して適切に適合されることが必要であり、３つのフォーマットに対する球面収差を適合させるように試みがなされる場合、これは、一般に、何れの正確さを有する先行技術を用いて達成されることはできず、それ故、妥協が必要となる。この場合、それ故、残留球面収差量が受け入れられなければならず、そのことは性能の低下に繋がる。
【００２９】
ここで記載した実施例は、位相構造がブレーズド回折格子を有するものであるが、その実施例はまた、例えば、米国特許第６，６８７，０３７号明細書に記載されているバイナリタイプのものであることが可能である。その位相構造はまた、文献“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎｏｎｐｒｉｏｄｉｃ  ｐｈａｓｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ”，ｂｙ  Ｂ．Ｈ．Ｗ．Ｈｅｎｄｒｉｃ，Ｊ．Ｅ．ｄｅ  Ｖｒｉｅｓ  ａｎｄ  Ｈ．Ｐ．Ｕｒｂａｃｋ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏｌ．４０（２００１）ｐ６５４８に記載されているような非周期的構造タイプであることが可能である。
【００３０】
本発明の実施形態は、単に例示として記載したものであり、本発明は、同時提出の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に対して修正及び変形を行うことが可能であることを、当業者は理解することであろう。用語“を有する”は、請求項に列挙された要素又は段階以外の要素及び段階の存在を排除するものではない。単数表現は複数の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータにより実施されることが可能である。幾つかの手段を列挙している装置請求項においては、それらの手段の幾つかは、同一のハードウェアにより実施されることが可能である。手段が互いに異なる独立請求項に列挙されているということのみにより、それらの手段の組み合わせが有利に用いられることがないことを意味しない。上記の複数のディスクフォーマットは単に例示であり、当業者にとって明らかである単一層か又は多層のどちらかである他のディスクフォーマットが可能であることを更に理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】デュアルレンズによる二層読み取りのための先行技術にしたがった光走査装置を示す模式図である。
【図２】二層読み取りのための先行技術にしたがった光走査装置で用いられるモノリシックデュアルレンズを示す模式図である。
【図３】レンズデザインの主要パラメータ、λ＝波長、ＮＡ＝開口数、ｄ＝カバー層膜厚、ｆｗｄ＝自由作動間隔及びａ＝瞳径を示す模式図である。
【図４】本発明の例示としての実施形態にしたがった光走査装置で用いるモノリシックデュアルレンズ構成要素であって、デュアルレンズ構成要素はレンズ部分ＯＬ０及びＯＬ１を有し、レンズ部分ＯＬ１はＰＢ／ＢＤシステムの層Ｌ１の読み取り及びＤＶＤのために適合され、レンズ部分ＯＬ０はＰＢ／ＢＤシステムの層Ｌ０の読み取り及びＣＤのために適合されている、モノリシックデュアルレンズ構成要素の模式図である。
【図５】先行技術にしたがった光学記録システムの主要構成要素を示す模式図である。
【図１】
2007531188.tif 000005
【図２】
2007531188.tif 000006
【図３】
2007531188.tif 000007
【図４】
2007531188.tif 000008
【図５】
2007531188.tif 000009
【国際調査報告】
2007531188.tif 000010
2007531188.tif 000011
2007531188.tif 000012