(57)【要約】記録担体の満足に読取可能な情報構造の情報密度を増大するために、記録担体（２）の背側面（４）は、読取ビーム放射線を入射読取ビーム（２０）の主要放射線に対して鋭角に反射する手段（８２，８４；８６）を備え得る。このようにして、読取スポット（２１）に収差を導入することなく、異なる次元の情報構造によって回折されたサブビームｂ（０）、ｂ（＋１）、ｂ（−１）を、対物レンズ（１８）の瞳に対して移動し得る。前記手段は、鋸歯又は三角形状（８２，８４）を有し、或いは、標準回折格子（８６）によって形成され得る。
2006523907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの情報層を有し、
情報はトラック状に配置された情報領域を有する情報構造に符号化され、前記情報領域はトラック方向で中間領域と互い違いになる、光学的に読取可能な記録担体であって、
前記情報層は、前記情報層に対して直交して入射する読取ビームの放射を、前記入射ビームの主要放射線に対して鋭角な方向に方向付ける手段を有する、
ことを特徴とする記録担体。
【請求項２】
前記手段は、前記情報層の表面輪郭によって構成され、該輪郭は、当該記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、該第一表面部分は、前記第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっている、請求項１に記載の記録担体。
【請求項３】
ディスク形状を有する記録担体であって、前記表面輪郭は前記ディスクの径方向に延在する、請求項２に記載の記録担体。
【請求項４】
前記表面輪郭は鋸歯輪郭である、請求項３に記載の記録担体。
【請求項５】
前記表面輪郭は三角形輪郭である、請求項３に記載の記録担体。
【請求項６】
前記手段は、前記情報構造のピッチよりも大きい格子ピッチを有する格子によって構成される、請求項１に記載の記録担体。
【請求項７】
前記格子は、交互の、第一屈折率を有する第一地域と、前記第一屈折率と異なる第二屈折率を有する第二地域との構造を有する、請求項６に記載の記録担体。
【請求項８】
前記格子は、交互の、第一高さを有する第一地域と、前記第一高さと異なる第二高さを有する第二地域との構造を有する、請求項６に記載の記録担体。
【請求項９】
前記格子は、当該記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、該第一表面部分は、前記第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっている、請求項６に記載の記録担体。
【請求項１０】
走査ビームを供給するための放射線源と、
走査スポット内の前記情報面上に直交して入射する前記走査ビームを収束するための対物レンズシステムと、
物体を保持する物体ホルダと、
前記情報面からの放射線を電気信号に変換するための放射線感知検出システムと、を有する、情報面を走査するための走査装置であって、
走査活動中、前記情報面をカバーするよう配置された板を有し、
該板は、前記情報面からの走査ビーム放射を前記入射走査ビームの主要放射線に対して鋭角に方向付けるための手段を備える、
ことを特徴とする走査装置。
【請求項１１】
前記手段は、前記板の表面輪郭によって構成され、該輪郭は、前記板への法線に対する第一傾斜を有する第一表面部分を有し、該第一表面部分は、前記第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっている、ことを特徴とする請求項１０に記載の走査装置。
【請求項１２】
前記表面輪郭は鋸歯輪郭である、請求項１１に記載の走査装置。
【請求項１３】
前記表面輪郭は三角形状輪郭である、請求項１１に記載の走査装置。
【請求項１４】
前記手段は回折格子によって構成されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の走査装置。
【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に関する。光記録担体では、情報はトラック状に配置された情報領域を含む情報構造に符号化され、情報領域はトラック方向で中間領域と互い違いになる。
【背景技術】
【０００２】
そのような記録担体は当該技術分野において周知であり、その情報構造は専用の読取装置によって読取可能である。読取装置は放射線源を含む。放射線源はダイオードレーザであるのが普通であり、所与の波長を有する読取ビームを発生する。対物レンズは１つ又はそれ以上のレンズ素子を含み、読取ビームを情報層上の読取スポットに収束する。読取スポットは、例えば、ディスク形状の記録担体を読取スポットに対して回転することによって、情報トラックを走査する。記録担体及び読取スポットを径方向で相互に移動することによって、全ての情報トラックを走査、よって、読取ることが可能である。読取スポットのサイズは個々の情報領域よりも大きく、よって、これらの領域は入射読取ビームを回折する、即ち、このビームを非偏向零次サブビーム及び幾つかの偏向高次サブビームに分離する。現在の光記録担体は反射情報層を有し、情報層によって反射された零次サブビーム及び一部の一次サブビームは、対物レンズを通過する。このレンズは放射線部分を放射線感知検出システムに収束し、それによって、これらの放射線部分は相互に干渉する。１つ又はそれ以上の検出器を含む放射線感知検出システムは、そこに入射する放射線を電気信号に変換し、それは瞬時に読み取られる情報を示す。
【０００３】
光記録担体上の情報密度の絶え間ない増大、即ち、情報領域及び中間領域の絶え間ない減少並びに情報トラック間の距離の減少に関する不変の要求がある。相応して減少されたサイズの読取スポットが、減少されたサイズの情報層を読取るために用いられるべきである。さもなければ、情報領域を別個に読み取り得ない。これは読取装置の解像度が増大されるべきことを意味する。読取装置の従来的な解像度はＮＡ／λに比例し、ここで、ＮＡは対物レンズの開口率であり、λは読取ビームの波長である。ＮＡの増大及び／又はλの減少は、解像度を増大し得る。対物レンズの深度焦点が、λ／（ＮＡ）２に比例するという事実は、ＮＡの増大に対して制限を設定する。何故ならば、焦点の深さは大きなＮＡのために小さ過ぎるようになるからである。十分に小さな読取波長を備える読取装置は、そのような小さな波長を放射するダイオードレーザが利用可能なときにのみ実現され得るからである。
【０００４】
米国特許第４，２４２，５７９号は、例えば、従来の解像度の2倍の解像度を有する読取装置を記載している。解像度の増大は、対物レンズが反射された読取放射線の１つの一次サブビーム及び零次サブビームのみの部分のみを放射線感知検出システムに通るということ、並びに、走査方向に小さな寸法を有する検出器が用いられていることによって実現される。そのために、読取ビーム及び記録担体は相互に傾斜し、即ち、読取ビームは記録担体に直交して入射しない。読取ビームは記録媒体の基板を通過し、且つ、記録担体に十分な機械的強度を与えるよう、この基板は例えば、１．２ｍｍのような所与の厚さを有するので、望ましくない分量の収差、例えば、こま収差及び非点収差が読取ビームに導入される。この結果、情報上の読取スポットは受容可能よりも大きくなり、クロストークを引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
斜行読取ビーム又は傾斜記録担体を用いることなしに、超解像度、即ち、対物レンズの解像度よりも小さな情報構造ピッチを有する光記録担体の読取りを実現することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従えば、この目的は冒頭段落に定められた記録担体によって実現され、記録担体は、情報層が、情報層上に直交して入射する読取ビームを、入射ビームの主要放射線に対する鋭角方向に方向付けるための手段を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
記録担体に前記手段を提供することは、超解像度での読取りを可能にすると同時に、コマ収差及び非点収差が生じないよう、記録担体上に直交して入射し、且つ、記録担体を直交して通過することを可能にする。直交して入射するとは、現時点では収束ビームである入射読取ビームの主要放射線が記録担体に対して直交することを意味するものと理解される。前記手段が零次サブビームの部分及び一次サブビームの部分を偏向することで、これらの部分は対物レンズを通過し、放射線感知検出器の場所で干渉するよう、この対物レンズによってこの検出器上に収束される。この検出器は、米国特許第４，２４２，５７９号に開示されている読取装置で用いられているものと同一であり得る。
【０００８】
本発明に従った記録担体の１つの実施態様は、前記手段が情報層の表面輪郭（表面プロファイル）によって構成され、この輪郭は、記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、第一表面部分は、第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっていることを特徴とする。
【０００９】
第一表面部分は、＋１次及び−１次サブビームの１つ並びに零次サブビームを偏向し、それらは、これらのサブビームの放射線が偏心して対物レンズを通過するような方向に、情報構造によって発生する。第二表面部分は、第一方向と対向する他の一次サブビーム及び零次サブビームを第二方向に偏向することで、これらのサブビームの放射線は偏心して対物レンズを通る。このようにして、読取中、零次サブビーム及び一部の一次サブビームが常に対物レンズを通過するのに対し、入射読取ビームは記録担体に対して直交することが達成される。一次サブビームは同一の情報内容を有するので、読取信号は読取中に恒久的に存在する。
【００１０】
ディスク形状の表面輪郭は接線方向、即ち、トラック方向に延在し得る。しかしながら、収束サーボの観点から、第一実施態様は、表面輪郭がディスクの径方向に延在することを特徴とするのが好ましい。
【００１１】
このようにして、情報層の不均一又は傾斜に関して、読取ビームの焦点を補正すべき収束サーボシステムの帯域幅が拡大されるべきことが回避される。
【００１２】
径方向又は接線方向の代わりに、表面輪郭は、それらの間の如何なる方向にも延在し得る。好適な方向は、情報領域が情報層内に配置され且つこれらの領域が読み取られる方法に従ったパターンによって決定される。情報領域はトラック状に、即ち、１つの情報領域を収容するのに十分な幅を有するトラック内に配置されるのみならず、幾つかの情報領域が毎回二次元ブロック内に配置される二次元パターンで配置され得ることで、そのようなブロックの情報領域は、例えば、二次元検出器配列によって同時に読み取られる。次に、情報は、二次元内の符号化された情報のビット位置を表わす格子構造内に符号化される。情報領域の前記ブロックは六角形状であり得る。
【００１３】
記録担体の第一実施態様は、表面輪郭が鋸歯輪郭であることを更に特徴とする。
【００１４】
代替的に、記録担体の第一実施態様は、表面輪郭が三角形輪郭であることを特徴とする。
【００１５】
記録担体の第二実施態様は、前記手段が、情報構造のピッチよりも大きな格子ピッチを有する格子によって構成されることを特徴とする。
【００１６】
回折情報構造と区別するために、この格子は、標準格子又は情報レス格子と呼ばれ得るものであり、入射ビームを、零次サブビーム、２つの一次サブビーム、及び、複数の２つの高次サブビームに分離する。標準格子のピッチは情報構造のピッチよりも大きいので、標準格子は一次サブビームを情報構造よりも小さな角度で偏向する。標準格子の効果は、情報構造によって形成される一次サブビームが、零次サブビームと偏向された二次的な一次サブビームとに分離され、検出システムで零次サブビームの干渉するために、それらの一部が対物レンズに入射することである。そのような二次的な一次サブビームは、例えば、（−１，＋１）サブビーム及び（＋１，−１）サブビームであり、ここで、第一の数字は情報構造による回折に関係し、第二の数字は標準格子による回折に関係する。
【００１７】
格子のストリップ形状地域も、径方向、接線方向、又は、それらの間の任意の方向に延在し得る。
【００１８】
もし情報領域のピッチが記録担体に亘って変化するならば、例えば、外側トラックから内側トラックに減少するならば、格子のピッチは対応する変化を示し得る。その場合には、「格子のピッチが格子構造のピッチよりも大きい」という一節は、記録担体の表面領域での格子のピッチが情報構造の局所的ピッチよりも大きいことを意味するものと理解される。
【００１９】
記録担体の第二実施態様は、格子が、交互の、第一屈折率を有する第一地域と、前記第一屈折率と異なる第二屈折率を有する第二地域との構造を含むことを更に特徴とする。
【００２０】
そのような平坦な位相格子は、例えば、第一地域が結晶状態にあり、第二地域がアモルファス状態にある、位相変化層内に形成され得る。位相変化層は光記録の分野において周知の層であり、十分な出力を有する放射線ビームによって結晶状態とアモルファス状態との間でスイッチし得る材料の層である。本発明に従った記録担体において、位相変化層は情報層をカバーし、それ自体は反射層によってカバーされ得る。
【００２１】
代替的に、記録担体の第二実施態様は、格子が、交互の、第一高さを有する第一地域と、前記第一高さと異なる第二高さを有する第二地域との構造を含むことを特徴とする。
【００２２】
記録担体の第三実施態様は、格子が、当該記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、該第一表面部分は、前記第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっていることを特徴とする。
【００２３】
この実施態様は、三角形又は鋸歯表面レリーフを有する第一実施態様に類似している。しかしながら、構造は、今や、より小さなピッチを有することで、それは読取ビームの波長のための格子として作用する。
【００２４】
本発明は、光記録技術以外、例えば、共焦点顕微鏡走査にも適用し得る。本発明の実施は、例えば、輪郭又は格子を含む位相板の形態の表面輪郭又は標準格子を備える顕微鏡によって観察又は検査されるべきサンプル、又は、一般的には、物体の情報面を提供することを含み、その板は走査中に情報面をカバーする。輪郭又は格子のピッチは、サンプル内に存在することが予期されるピッチよりも大きいべきである。板は走査装置の一部を形成するため、本発明は今や本装置において実施される。本発明に従った走査装置は、走査ビームを供給するための放射線源と、走査スポット内の情報面上に直交して入射する走査ビームを収束するための対物レンズシステムと、物体を保持する物体ホルダと、情報面からの放射線を電気信号に変換するための放射線感知検出システムとを有し、走査活動中、情報面をカバーするよう配置された板を有し、板は前記情報面からの走査ビーム放射を前記入射走査ビームの主要放射線に対して鋭角に方向付けるための手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
情報面は、関連する情報が検査されるべき物体の周りに存在し、情報がそこから読み出されるべきことを意味するものと理解される。そのような情報は、表面条件、物体材料の物理的又は化学的な特性又は構造、正に、光学的に読み出され得る如何なる情報にも関係し得る。
【００２６】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下に記載され且つ添付図面に例示されている実施態様を参照することで、非制限的な実施例によって明瞭に解明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、光記録担体２を走査するための装置の実施態様を概略的に示している。記録担体は、透明層３を含む光ディスクの形態であり、その１つの側面に情報層４が配置されている。透明層から離れて面する情報層の側面は、保護層５によって周囲の影響から保護されている。装置に面する透明層３の側面は、入力面６と呼ばれる。透明層は、情報層のための機械的支持を提供することによって、記録担体のための基板として作用し、及び／又は、塵粒、引っ掻き傷、及び、指紋を情報層から離れた位置に置くことによって、情報層のための保護層として作用する。情報は、光学的に検出可能な情報領域、又は、図１に示されていない、実質的に平行、同心、若しくは、螺旋状トラックに配置された記号の形態で、記録担体の情報層４に記憶され得る。これらの情報領域はトラック方向で中間領域と互い違いになる。情報領域は、如何なる光学的に読取可能な形態、例えば、ピッチ、バンプ、若しくは、反射係数を備える領域の形態、又は、これらの形態の組み合わせであってもよい。
【００２８】
走査装置１は、好ましくは、放射線ビーム７を放射する半導体レーザの形態の放射線源９を含む。放射線ビーム、又は、読取ビームは、光記録担体２の情報層４を走査するために用いられる。ビームスプリッタ１３、例えば、半透明反射鏡が、放射線源９からの発散放射線ビームを、光路に沿ってコリメータレンズ１４に反射し、コリメータレンズは発散ビーム７を平行化ビーム１５に変換する。平行化ビームは対物システム１８に入射する。通常対物レンズと呼ばれる対物システムは、１つ又はそれ以上のレンズ及び／又は格子を含み得る。図１の対物システムは２つの素子から構成され、本実施例では、第一レンズ１８ａ及び第二レンズ１８ｂである。対物レンズ１８は光学軸１９を有する。対物レンズは、平行化ビーム１５を収束ビーム２０に変換し、収束ビームは記録担体２の入力面６に入射する。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。
【００２９】
情報層４によって反射された放射線は発散ビーム２２を形成し、発散ビームは、対物レンズ１８によって実質的に平行化ビーム２３に転換され、その後、コリメータレンズ１４によって収束ビーム２４に転換される。ビームスプリッタ１３は、収束ビーム２４の少なくとも部分を放射線感知検出システム２５の方向に透過することによって、前進ビーム１２及び反射ビーム２４を分離する。検出システムはビームスプリッタ１３によって透過された放射線を捕捉し、それを電気出力信号２６に変換する。信号プロセッサ２７はこれらの出力信号を多様な他の信号に変換し、それらの信号は信号処理回路２９によって処理される。処理回路２７及び２９は、光学ヘッド１と別個に、走査装置内に位置し得る。
【００３０】
信号の１つは情報信号２８であり、その値は情報層４から読取られた情報を表わす。情報信号は、誤差補正２９のために、情報処理ユニットによって処理される。信号処理プロセッサ２７からの他の信号は、焦点誤差信号及び径誤差信号である。焦点誤差信号は、読取スポット２１と情報層４との間の軸方向の高さの相違を表わす。径誤差信号は、読取スポット２１と読取スポットによって追跡されるべき情報層内のトラックの中心との間の情報層４の平面内の距離を表わす。
【００３１】
焦点誤差信号及び径誤差信号はサーボ回路に供給される。サーボ回路は、これらの信号を、光学ヘッド内の機械的収束アクチュエータ（図示せず）を制御するための焦点サーボ信号と、瞬時に走査されるトラック上のスポットの芯出しを制御するためのトラッキングサーボ信号とに変換する。機械的収束アクチュエータは、収束方向３３における対物レンズ１８の位置を制御し、それによって、読取スポットが情報層４の平面と実質的に一致するよう、スポット２１の実際位置を制御する。径方向移動可能なアーム（図示せず）のような更なる機械的アクチュエータが、記録担体２の径方向３４における光学ヘッド１の位置を変え、それによって、情報層４において追跡されるべきトラック上に位置するよう、スポット２１の径方向位置を制御する。記録担体２のトラックは図１の平面に対して直交する方向に走っている。
【００３２】
米国特許第４，２４２，５７９号に記載されているように、走査スポット２１近傍の情報構造の部分は二次元回折格子として機能し、それは入射読取ビーム２１を、非偏向零次サブビームと、偏向一次サブビームと、高次サブビームとに分離する。零次サブビーム、及び、偏向サブビームの一部は、再度、対物レンズ１８に入射する。多様なサブビームの中心は、対物レンズの射出瞳の平面において相互に離間している。図２はこの平面における状況を示している。
【００３３】
中心４６を有する円４０は、この平面内の零次サブビームの断面を表わしている。中心４８，５０を有する円４２，４４は、（＋１）次サブビーム及び（−１）次サブビームを各々示しており、それらは接線方向又はトラック方向で回折されている。図２において、波線の円５２は、対物レンズの瞳を表わしている。この図面に示されている状況に関して、零次サブビームは瞳の全体を満たし、よって、実際上、円４０，５２は一致している。対物レンズの瞳内に収まる、情報層から入射する放射線の部分のみが、情報走査のために用いられる。情報読取りは、零次サブビームに対する（＋１）及び（−１）次サブビームの位相変化を用いる。
【００３４】
図２内の斜線領域では、前記一次サブビームは零次サブビームと重なり合い、よって、干渉が生じる。もし走査スポットが情報トラックに亘って移動するならば、一次サブビームの位相は変化する。その結果、対物レンズの射出瞳を通過する総放射線の強度、よって、放射線感知検出システムへの入射は変化する。
【００３５】
走査又は読取スポットの中心が、情報領域、例えば、ピットの中心と一致するとき、所与の位相の相違Ψが一次サブビームと零次サブビームとの間に存在する。もし走査スポットが第一情報領域から次の情報領域に移動するならば、一次サブビームの位相は２πだけ増大する。従って、走査スポットが接線方向に移動するとき、零次サブビームに対する一次サブビームの位相は、ω．ｔ．だけ変化する。そこでは、ωは時間周波数を表わし、それは情報領域の空間周波数及び走査速度によって決定される。この場合には、零次サブビームに対する一次サブビームｂ（＋１）の位相φ（＋１）は、次によって表わされる。
【００３６】
【数１】
2006523907.tif 000003
【００３７】
ｂ（＋１）サブビームと零次サブビームとの干渉によって引き起こされる強度変化は、図２において波線で表わされる放射線感知検出素子３６によって検出され、その検出器は対物レンズの射出瞳の平面内又はその画像内に配置される。Ψ＝πラジアンである、情報構造の特定の位相深さに関して、射出瞳に亘る強度変化は対称的である。この場合には、図１に示されるように、重なり合う２つの領域を通過するビーム部分は、１つの検出器素子上に収束され得る。この場合には、検出器２５の時間依存出力信号は、次によって表わされ得る。
【００３８】
【数２】
2006523907.tif 000004
【００３９】
ここで、Ａ（Ψ）は、Ψの減少値である。情報構造の所与の位相深度に関して、振幅Ａ（Ψ）ｃｏｓΨは一定である。この場合には、信号Ｓｉの周波数は、瞬時に走査される情報によって決定される。
【００４０】
今までのところ、一次サブビームのみが議論された。情報構造が放射線をより高い回折次元で回折することは明らかである。これらの次元における放射線強度は低く、回折角度は、ここで検討されている情報構造の高空間周波数で大きいので、高次ビームの無視し得る程度の小さな部分が対物レンズ１８の瞳内に収まる。従って、検出器信号Ｓｉに対する高次ビームの影響は無視される。
【００４１】
上記に議論された光走査装置は、所与のカットオフ周波数ＦＣを有する。対物レンズ瞳５２の中心と一次サブビームの中心４８，５０との間の距離ｄはλ．ｆに比例する。ここで、ｆは、走査方向における情報領域の空間周波数を表わし、λは、走査ビーム２０の波長を表わす。図２は、周波数ｆがカットオフ周波数ＦＣの半分よりも僅かに大きい状況を表わしている。もし周波数ｆが増大するならば、（＋１）次サブビームは右側に移動し且つ（−１）次サブビームは左側に移動し、距離ｄは増大する。従来的なカットオフ周波数ＦＣとして知られるｆの所与値に関して、円４２，４４は円５２と最早交差せず、この円に対して接するだけである。この場合には、一次サブビームは対物レンズ１８の瞳を最早通過せず、これらのサブビームは零次サブビームを干渉し得ない。その場合には、記録担体の情報は、最早、対物レンズの瞳を通過する層放射線エネルギーを検出することによっては走査され得ない。図１に示されているように、反射における読取りに関して、従来のカットオフ周波数は以下によって与えられる。
【００４２】
【数３】
2006523907.tif 000005
【００４３】
ここで、ＮＡは対物レンズの開口率である。
【００４４】
走査装置の解像度を増大するために、即ち、従来のカットオフ周波数よりも高い空間周波数の読取りを可能とするために、米国特許第４，２４２，５７９号では、サブビームを対物レンズの瞳に対して接線方向３６に移動することが提案されている。もし情報構造の空間周波数がカットオフ周波数よりも高いならば、一次サブビーム、及び、零次サブビームの一部が依然として対物レンズの瞳も通過するように移動する。
【００４５】
図３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も約１．５倍高い状況を表わしている。零次サブビームの中心４６と＋一次サブビーム４２の中心との間の距離ｄは、図２における距離ｄの約３倍である。これらのサブビームは図３において左側に移動されているので、斜線部分４８，６０は対物レンズの瞳５２内に収まる。−一次サブビーム４４はこの瞳の完全に外側に収まる。
【００４６】
図４に示されるように、ここでは単一のレンズ素子として表わされている対物レンズ１８及びコリメータレンズ１４を通過する零次サブビームｂ（０）の一部及び一次サブビームｂ（＋１）の一部は、検出器２５の平面６２に収束する。走査ビームは干渉性ビームであるので、前記ビーム部分は平面６２内で相互に干渉し、よって、図４で曲線６４，６６，６８によって示されるように、接線方向３６で変化する干渉パターンＩが生成される。実線の曲線６４は、走査スポット２１が情報領域の正に中心に位置するときの強度変化を表わしている。もし走査スポットがこの中心から離れて次の情報領域へ移動するならば、２つの連続的な瞬間での強度パターンは、波線−点曲線６６及び波線曲線６８にそれぞれ従う。よって、強度パターンは、読取スポット２１の走査中、検出平面に亘って移動する。図４における検出器７０のような固定場所を有する狭い検出器に関して、この検出器が受信する放射線は、結果的に、走査中変化する。よって、この検出器の出力信号は、瞬時に読み取られる情報と無関係に変化する。
【００４７】
接線方向における検出器の幅は、強度パターンの周期に比べて小さいべきである。この周期は、走査される情報領域の局所的空間周波数によって決定される。最大の空間周波数は、記録担体内における、或いは、走査されるべき文書又は光学的表現特定の情報構造のために知られ、よって、検出器７０の幅は相応して構成され得る。
【００４８】
検出器７０の出力信号は、信号プロセッサ２７に供給される。読出信号の信号対雑音比は、検出器７０の両側に２つの追加的な検出器７２，７４を強度パターンの周期の約半分の距離で配置することによって向上し得る。検出器の出力信号は加算され、それらの合計は作動増幅器７６内の検出器３０の出力信号から減算される。作動増幅器の出力部は図１に示されている信号プロセッサ２７に接続されている。
【００４９】
米国特許第４，２４２，５７９号の走査装置において、図３に示される対物レンズの瞳に対するサブビームの移動は、図５に概略的に示されているように、対物レンズの軸及び記録担体を相互に傾斜することによって実現される。図５及び後続図面は、本発明に関連する図１の素子のみ、即ち、記録担体２、対物レンズ１８、及び、放射線感知検出システムが位置すべき画像平面６２を示している。傾斜角度、よって、記録担体に対する読取ビーム２０の主要放射線の入射角度は、反射零次サブビームｂ（０）の部分及び反射一次サブビームの一部がこの瞳を通るよう選択される。図５に示されている傾斜位置において、零次サブビーム及び一次サブビームは下方に偏向され、よって、一次サブビームｂ（＋１）の一部は、対物レンズの瞳の一方の半分を通過し、零次サブビームｂ（０）の一部は瞳の他方の半分を通過する。
【００５０】
収束された読取ビームは傾斜方向で記録担体の基板を通り、且つ、この基板は想定される用途のために所与の厚さを有さなければならないので、受容し得ない分量の収差が読取ビームに、よって、読取スポットに導入される。主要な収差はコマ収差であり、それは情報構造の隣接トラック間のクロストークを引き起こし得る。他の収差は非点収差及び高次収差である。本発明によれば、サブビームの偏向は、読取中、情報層の表面を、記録担体の正面、即ち、対物レンズに向けられた表面が読取ビームの主要放射線に対して直交するように構成することによって実現される。この結果、新しい種類の記録担体が得られる。
【００５１】
図６は、読取装置の素子、及び、そのような記録担体の第一実施態様を概略的に示している。記録担体の背面、即ち、情報層４は、三角形状を有する。換言すれば、第一の勾配又は傾斜を示す第一地域８２、及び、第一傾斜に対向する第二の傾斜を示す第二地域を含む。三角形状のピッチは、読取ビームの偏向時に、読取ビームを偏向するだけであり、読取ビームをサブビームに分離しない。よって、このピッチ又は空間的周期は、情報構造のピッチ、即ち、情報領域の（読取方向における）長さ及び中間領域のそれの合計よりも大きい。ファセット８２，８４が入射面と平行な平面に対して傾斜する角度βは、サブビームがファセットによって反射される角度が一次サブビームが情報構造によって回折される角度よりも小さいように選択される。経験則として、角度βは情報層上に収束されるビームの開口角αの半分のオーダである。例えば、もし記録担体が開口率ＮＡ＝０．８５を有する対物レンズを用いて読み取られるならば、開口角αは３６°であり、傾斜角βは１８°である。
【００５２】
三角形状は情報構造上に重ね合わされる。もし読取ビームがファセット８２に入射するならば、情報構造によって形成されるサブビームは上方に偏向され、よって、零次サブビームｂ（０）の一部及び一次サブビームｂ（−１）の一部は、対物レンズの瞳の異なる半分を通過し、よって、このファセットでの高密度情報の読取りを可能にする。もし読取ビームがファセット８４に入射するのであれば、情報構造によって形成されるサブビームは下方に偏向され、よって、一次サブビームｂ（＋１）の一部及び零次サブビームの一部は、対物レンズの瞳の異なる半分を通過する。情報構造によってｂ（＋１）サブビームに導入される位相変調は、ｂ（−１）サブビームに導入される位相変調と同一である。
【００５３】
情報構造の読取中、ｂ（＋１）サブビームの一部又はｂ（−１）サブビームの一部の何れかが、零次サブビームの一部と共に、いつ何時でも、対物レンズの瞳を通過する。これは、各瞬間に、放射線感知検出システムが情報信号Ｓｉ（２６）を、各瞬間に絶えず供給することを意味する。よって、情報層の三角形状は、傾斜記録担体を用いて読み取られるのと同一の高密度情報構造の読取りを可能にする。しかしながら、読取ビームは記録担体を斜めに通過せず、よって、受容し得ない大きな収差は、このビーム、及び、このビームによって形成される読取スポットに最早導入されない。情報層の三角形状の厚さのばらつきによって導入され得る球面収差は小さいので、それは無視し得る。
【００５４】
三角形状の表面輪郭（表面プロファイル）を備える記録担体の概略的な断面図は、接線方向又は径方向の断面であり得る。しかしながら、もしファセット８２，８４の連続が、接線方向、即ち、走査方向にあるならば、情報構造に収束される読取ビームを維持するために、大幅に大きな帯域幅が収束サーボループのために必要とされる。情報領域が円形又は準円形のトラックに沿って配置される場合、前記連続を径方向で有するのが好ましい。前記連続は、接線方向と径方向との間の如何なる方向であってもよい。好適な方向は、情報領域の配置及びこれらの情報領域の読取方法によって決定される。トラックに配置される情報構造のための好適な方向は、他に配置される情報構造のための好適な方向と異なり得る。トラック状に配置される情報構造において、情報領域はトラック方向で相互に後続し、トラック幅は１つだけの情報領域を収容するために十分である。１つの情報領域のみが何時でも読み取られる。異なって配置された情報構造の一例は、所謂２Ｄ−ＯＳ（二次元光記憶装置）である。これらの構造は幾つかのブロックに分割され、各ブロックは幾つかの情報領域を含む。これらのブロックは六角形状を有し得る。１つのブロックの情報領域は、例えば、検出素子の配列を用いて全て同時に読み取られ、検出素子の数はブロック内の情報領域の数に対応する。２Ｄ−ＯＳ情報構造は先に出願された同時係属中の出願第ＰＨＮＬ０２０１４７号に記載されている。二次元情報構造のために、表面輪郭又は格子ストリップの好適な方向は、ブロックに対して対角線方向であり得る。
【００５５】
三角形状輪郭の代わりに、情報層は鋸歯形状の背面も示し得る。
【００５６】
情報領域のピッチが可変、例えば、外側トラックから内側トラックに減少する記録担体のために、表面輪郭のピッチは可変に形成されることで、このピッチが情報構造のピッチのそれに従うようにし得る。
【００５７】
図７は、本発明に従った記録担体の第二実施態様を概略的に示している。今や、情報層４は、図７において波線８６によって指し示される標準回折格子を備えた平坦層である。そのような格子は、交互の格子ストリップ及び中間ストリップの周期構造を含み、入射放射線ビームを、零次サブビーム、（＋１）次サブビーム、及び、（−１）次サブビームに分離し、その一次サブビームは、それぞれ、波線矢印ｂ’（＋１）及びｂ’（−１）によって指し示されている。標準格子の周期は情報構造の周期よりも大きく、よって、サブビームｂ’（＋１）及びｂ’（−１）は、サブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）が情報構造によって偏向される角度よりも小さな角度で、標準格子によって偏向される。サブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）は、図７において単一の実線矢印で指し示されている。標準格子が情報構造上に重ね合わされているので、情報構造によって形成される零次及び一次サブビームｂ（０）、ｂ（＋１）、及び、ｂ（−１）は、標準格子によって更に回折され、二重回折された零次及び一次サブビームになる。図７に示されるように、これらの反射された二重回折零次サブビームのうち、サブビームｂ（−１，＋１）及びｂ（＋１，−１）が対物レンズの瞳及びコリメータレンズを通過する。第一及び第二指数は、情報構造及び標準格子のそれぞれによって引き起こされる回折の次数に関係する。図７に示されていない、入射読取ビームと同一であるが反対の放射線方向を有するサブビームｂ（０，０）も瞳を通過する。このようにして、放射線感知検出システムの場所で、情報構造によって変調される一次サブビームが零次サブビームと干渉することが達成され、実質的に強化された解像度を備えた読取が可能となる。
【００５８】
標準格子は読取装置の収束サーボシステムのための平坦素子であるため、格子ストリップは、トラック方向又は任意の他の方向に配置されたディスク形状の担体の接線方向又は径方向に延在し得る。再度、好適な方向は、情報領域が配置され且つ情報領域が読み取られる方法に従ったパターンによって決定される。
【００５９】
もし情報構造のピッチが可変であるならば、格子ピッチは情報構造のピッチに従うよう、標準格子のピッチも可変に形成し得る。
【００６０】
標準格子が入射放射線を偏向角度の所要範囲内で回折することを条件として、標準格子は如何なる種類の振幅又は位相格子であり得る。放射効率の観点から、格子は位相格子であるのが好ましい。そのような格子は、中間ストリップとは異なる高さで、格子ストリップを含み得る。代替的に、格子は、中間ストリップの屈折率と異なる屈折率を有する格子ストリップを含み得る。例えば、後者の格子の材料は、格子ストリップの材料が水晶状態にあるよう処理された相変化材料である。
【００６１】
標準格子は、図５に示される形状、即ち、三角形状又は鋸歯形状に類似するが、入射読取放射線を回折するように実質的に小さな周期を有する表面形状によって構成され得る。図７に示されるような同一の二重回折されたサブビームが対物レンズの瞳を通過するよう、標準格子を配置し得る。
【００６２】
記録担体の製造工程の一部を形成するマスタリング段階は、記録担体に所要表面輪郭又は標準格子を提供するよう構成され得る。マスタリング段階では、基板の頂部のレジスト層が、書き込まれるべき情報に従って変調された強度を有する放射線の収束ビームに露出される。レジスト層に亘る被変調走査は、非露出領域と交互の露出領域のパターンをレジスト層に形成する。レジストを現像し、レジストパターンをエッチマスクとして用いることによって、このパターンを基板に転写する。マスタと呼ばれるこの基板から、異なる世代の型が作成される。本発明に従った表面輪郭又は標準格子を有する記録担体を得るために、所要の表面輪郭又は標準格子を信号内に符号化し得る。輪郭又は格子がマスタ内に刻まれるよう、この信号は書込ビームの変調を制御する。
【００６３】
代替的に、表面輪郭又は格子を情報層の上の別個の層に固定し得る。例えば、別個の層は相変化材料の層であり得る。その相変化材料内に、情報構造を書き込むために用いられる書込スポットよりも大きいスポット上に収束されたビームによって、表面輪郭又は格子を書き込み得る。
【００６４】
本発明は、依然として満足に読み取られ且つＣＤ及びＤＶＤのような異なる種類の光記録担体並びにより高い密度タイプの記録担体で用られ得る、光記録担体における情報層の情報密度を増大するための一般的着想を提供する。
【００６５】
本発明は、多層記録担体、即ち、２つ又はそれ以上の情報層を有する記録担体においても用い得る。各情報層は上記議論されたような表面輪郭又は標準格子を備えるべきである。
【００６６】
本発明は、光記録技術以外、例えば、共焦点顕微鏡走査に適用され得る。本発明の実施は、例えば、輪郭又は格子を含む位相板の形態の表面輪郭又は標準格子を備える顕微鏡によって観察又は検査されるべきサンプル、又は、一般的には、情報面を提供することを含み、その板は走査中に情報面をカバーする。輪郭又は格子のピッチは、サンプル内に存在することが予期されるピッチよりも大きいべきである。本発明が装置内で実施されるよう、前記ピッチは走査装置の部分を形成する。本発明に従った走査装置は、情報面からの走査ビーム放射を入射走査ビームの主要放射線に対して鋭角な方向に方向付けるための手段を備えた板を含むという点で、従来の共焦点顕微鏡走査又は走査装置一般と異なる。板手段の異なる実施態様は上記の記録担体手段のための実施態様と類似するので、板手段が詳細に記載される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に従って記録媒体を読み取るための読取装置を示す概略図である。
【図２】読取装置の対物レンズの瞳に対する異なる回折次元のサブビームの位置を示す概略図である。
【図３】本発明に従った記録担体のためのこれらの位置を示す概略図である。
【図４】情報構造によって回折されたサブビームの移動によって、増大された解像度での読取原理を示す概略図である。
【図５】傾斜記録担体によるこの原理の実施を示す概略図である。
【図６】この原理の実施を可能とする、本発明に従った記録担体の第一実施態様を示す概略図である。
【図７】そのような記録担体の第二実施例を示す概略図である。
【図１】
2006523907.tif 000006
【図２】
2006523907.tif 000007
【図３】
2006523907.tif 000008
【図４】
2006523907.tif 000009
【図５】
2006523907.tif 000010
【図６】
2006523907.tif 000011
【図７】
2006523907.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月19日(2005.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの情報層を有し、
情報はトラック状に配置された情報領域を有する情報構造に符号化され、前記情報領域はトラック方向で中間領域と互い違いになる、光学的に読取可能な記録担体であって、
前記情報層は、前記情報層に対して直交して入射する読取ビームの放射を、前記入射ビームの主要放射線に対して鋭角な方向に方向付ける手段を有する、
ことを特徴とする記録担体。
【請求項２】
前記手段は、前記情報層の表面輪郭によって構成され、該輪郭は、当該記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、該第一表面部分は、前記第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっている、請求項１に記載の記録担体。
【請求項３】
ディスク形状を有する記録担体であって、前記表面輪郭は前記ディスクの径方向に延在する、請求項２に記載の記録担体。
【請求項４】
前記表面輪郭は鋸歯輪郭である、請求項３に記載の記録担体。
【請求項５】
前記表面輪郭は三角形輪郭である、請求項３に記載の記録担体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【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に関する。光記録担体では、情報はトラック状に配置された情報領域を含む情報構造に符号化され、情報領域はトラック方向で中間領域と互い違いになる。
【背景技術】
【０００２】
そのような記録担体は当該技術分野において周知であり、その情報構造は専用の読取装置によって読取可能である。読取装置は放射線源を含む。放射線源はダイオードレーザであるのが普通であり、所与の波長を有する読取ビームを発生する。対物レンズは１つ又はそれ以上のレンズ素子を含み、読取ビームを情報層上の読取スポットに収束する。読取スポットは、例えば、ディスク形状の記録担体を読取スポットに対して回転することによって、情報トラックを走査する。記録担体及び読取スポットを径方向で相互に移動することによって、全ての情報トラックを走査、よって、読取ることが可能である。読取スポットのサイズは個々の情報領域よりも大きく、よって、これらの領域は入射読取ビームを回折する、即ち、このビームを非偏向零次サブビーム及び幾つかの偏向高次サブビームに分離する。現在の光記録担体は反射情報層を有し、情報層によって反射された零次サブビーム及び一部の一次サブビームは、対物レンズを通過する。このレンズは放射線部分を放射線感知検出システムに収束し、それによって、これらの放射線部分は相互に干渉する。１つ又はそれ以上の検出器を含む放射線感知検出システムは、そこに入射する放射線を電気信号に変換し、それは瞬時に読み取られる情報を示す。
【０００３】
光記録担体上の情報密度の絶え間ない増大、即ち、情報領域及び中間領域の絶え間ない減少並びに情報トラック間の距離の減少に関する不変の要求がある。相応して減少されたサイズの読取スポットが、減少されたサイズの情報層を読取るために用いられるべきである。さもなければ、情報領域を別個に読み取り得ない。これは読取装置の解像度が増大されるべきことを意味する。読取装置の従来的な解像度はＮＡ／λに比例し、ここで、ＮＡは対物レンズの開口率であり、λは読取ビームの波長である。ＮＡの増大及び／又はλの減少は、解像度を増大し得る。対物レンズの深度焦点が、λ／（ＮＡ）２に比例するという事実は、ＮＡの増大に対して制限を設定する。何故ならば、焦点の深さは大きなＮＡのために小さ過ぎるようになるからである。十分に小さな読取波長を備える読取装置は、そのような小さな波長を放射するダイオードレーザが利用可能なときにのみ実現され得るからである。
【０００４】
米国特許第４，２４２，５７９号は、例えば、従来の解像度の2倍の解像度を有する読取装置を記載している。解像度の増大は、対物レンズが反射された読取放射線の１つの一次サブビーム及び零次サブビームのみの部分のみを放射線感知検出システムに通るということ、並びに、走査方向に小さな寸法を有する検出器が用いられていることによって実現される。そのために、読取ビーム及び記録担体は相互に傾斜し、即ち、読取ビームは記録担体に直交して入射しない。読取ビームは記録媒体の基板を通過し、且つ、記録担体に十分な機械的強度を与えるよう、この基板は例えば、１．２ｍｍのような所与の厚さを有するので、望ましくない分量の収差、例えば、こま収差及び非点収差が読取ビームに導入される。この結果、情報上の読取スポットは受容可能よりも大きくなり、クロストークを引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
斜行読取ビーム又は傾斜記録担体を用いることなしに、超解像度、即ち、対物レンズの解像度よりも小さな情報構造ピッチを有する光記録担体の読取りを実現することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従えば、この目的は冒頭段落に定められた記録担体によって実現され、記録担体は、情報層が、情報層上に直交して入射する読取ビームを、入射ビームの主要放射線に対する鋭角方向に方向付けるための手段を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
記録担体に前記手段を提供することは、超解像度での読取りを可能にすると同時に、コマ収差及び非点収差が生じないよう、記録担体上に直交して入射し、且つ、記録担体を直交して通過することを可能にする。直交して入射するとは、現時点では収束ビームである入射読取ビームの主要放射線が記録担体に対して直交することを意味するものと理解される。前記手段が零次サブビームの部分及び一次サブビームの部分を偏向することで、これらの部分は対物レンズを通過し、放射線感知検出器の場所で干渉するよう、この対物レンズによってこの検出器上に収束される。この検出器は、米国特許第４，２４２，５７９号に開示されている読取装置で用いられているものと同一であり得る。
【０００８】
本発明に従った記録担体の１つの実施態様は、前記手段が情報層の表面輪郭（表面プロファイル）によって構成され、この輪郭は、記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、第一表面部分は、第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっていることを特徴とする。
【０００９】
第一表面部分は、＋１次及び−１次サブビームの１つ並びに零次サブビームを偏向し、それらは、これらのサブビームの放射線が偏心して対物レンズを通過するような方向に、情報構造によって発生する。第二表面部分は、第一方向と対向する他の一次サブビーム及び零次サブビームを第二方向に偏向することで、これらのサブビームの放射線は偏心して対物レンズを通る。このようにして、読取中、零次サブビーム及び一部の一次サブビームが常に対物レンズを通過するのに対し、入射読取ビームは記録担体に対して直交することが達成される。一次サブビームは同一の情報内容を有するので、読取信号は読取中に恒久的に存在する。
【００１０】
ディスク形状の表面輪郭は接線方向、即ち、トラック方向に延在し得る。しかしながら、収束サーボの観点から、第一実施態様は、表面輪郭がディスクの径方向に延在することを特徴とするのが好ましい。
【００１１】
このようにして、情報層の不均一又は傾斜に関して、読取ビームの焦点を補正すべき収束サーボシステムの帯域幅が拡大されるべきことが回避される。
【００１２】
径方向又は接線方向の代わりに、表面輪郭は、それらの間の如何なる方向にも延在し得る。好適な方向は、情報領域が情報層内に配置され且つこれらの領域が読み取られる方法に従ったパターンによって決定される。情報領域はトラック状に、即ち、１つの情報領域を収容するのに十分な幅を有するトラック内に配置されるのみならず、幾つかの情報領域が毎回二次元ブロック内に配置される二次元パターンで配置され得ることで、そのようなブロックの情報領域は、例えば、二次元検出器配列によって同時に読み取られる。次に、情報は、二次元内の符号化された情報のビット位置を表わす格子構造内に符号化される。情報領域の前記ブロックは六角形状であり得る。
【００１３】
記録担体の第一実施態様は、表面輪郭が鋸歯輪郭であることを更に特徴とする。
【００１４】
代替的に、記録担体の第一実施態様は、表面輪郭が三角形輪郭であることを特徴とする。
【００１５】
記録担体の第二実施態様は、前記手段が、情報構造のピッチよりも大きな格子ピッチを有する格子によって構成されることを特徴とする。
【００１６】
回折情報構造と区別するために、この格子は、標準格子又は情報レス格子と呼ばれ得るものであり、入射ビームを、零次サブビーム、２つの一次サブビーム、及び、複数の２つの高次サブビームに分離する。標準格子のピッチは情報構造のピッチよりも大きいので、標準格子は一次サブビームを情報構造よりも小さな角度で偏向する。標準格子の効果は、情報構造によって形成される一次サブビームが、零次サブビームと偏向された二次的な一次サブビームとに分離され、検出システムで零次サブビームの干渉するために、それらの一部が対物レンズに入射することである。そのような二次的な一次サブビームは、例えば、（−１，＋１）サブビーム及び（＋１，−１）サブビームであり、ここで、第一の数字は情報構造による回折に関係し、第二の数字は標準格子による回折に関係する。
【００１７】
格子のストリップ形状地域も、径方向、接線方向、又は、それらの間の任意の方向に延在し得る。
【００１８】
もし情報領域のピッチが記録担体に亘って変化するならば、例えば、外側トラックから内側トラックに減少するならば、格子のピッチは対応する変化を示し得る。その場合には、「格子のピッチが格子構造のピッチよりも大きい」という一節は、記録担体の表面領域での格子のピッチが情報構造の局所的ピッチよりも大きいことを意味するものと理解される。
【００１９】
記録担体のこの特徴は、格子が、交互の、第一屈折率を有する第一地域と、前記第一屈折率と異なる第二屈折率を有する第二地域との構造を含むことに関して更に記載され得る。
【００２０】
そのような平坦な位相格子は、例えば、第一地域が結晶状態にあり、第二地域がアモルファス状態にある、位相変化層内に形成され得る。位相変化層は光記録の分野において周知の層であり、十分な出力を有する放射線ビームによって結晶状態とアモルファス状態との間でスイッチし得る材料の層である。本発明に従った記録担体において、位相変化層は情報層をカバーし、それ自体は反射層によってカバーされ得る。
【００２１】
代替的に、格子は、交互の、第一高さを有する第一地域と、前記第一高さと異なる第二高さを有する第二地域との構造を含む。
【００２２】
本発明は、格子が、当該記録担体の中心の法線に対して第一傾斜を有する第一表面部分を有し、該第一表面部分は、前記第一傾斜に対向する第二傾斜を有する第二表面部分と互い違いになっていることを特徴とする記録担体にも関する。
【００２３】
これは、三角形又は鋸歯表面レリーフを有する第一実施態様に類似している。しかしながら、構造は、今や、より小さなピッチを有することで、それは読取ビームの波長のための格子として作用する。
【００２４】
本発明は、光記録技術以外、例えば、共焦点顕微鏡走査にも適用し得る。本発明の実施は、例えば、輪郭又は格子を含む位相板の形態の表面輪郭又は標準格子を備える顕微鏡によって観察又は検査されるべきサンプル、又は、一般的には、物体の情報面を提供することを含み、その板は走査中に情報面をカバーする。輪郭又は格子のピッチは、サンプル内に存在することが予期されるピッチよりも大きいべきである。板は走査装置の一部を形成するため、本発明は今や本装置において実施される。本発明に従った走査装置は、走査ビームを供給するための放射線源と、走査スポット内の情報面上に直交して入射する走査ビームを収束するための対物レンズシステムと、物体を保持する物体ホルダと、情報面からの放射線を電気信号に変換するための放射線感知検出システムとを有し、走査活動中、情報面をカバーするよう配置された板を有し、板は前記情報面からの走査ビーム放射を前記入射走査ビームの主要放射線に対して鋭角に方向付けるための手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
情報面は、関連する情報が検査されるべき物体の周りに存在し、情報がそこから読み出されるべきことを意味するものと理解される。そのような情報は、表面条件、物体材料の物理的又は化学的な特性又は構造、正に、光学的に読み出され得る如何なる情報にも関係し得る。
【００２６】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下に記載され且つ添付図面に例示されている実施態様を参照することで、非制限的な実施例によって明瞭に解明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、光記録担体２を走査するための装置の実施態様を概略的に示している。記録担体は、透明層３を含む光ディスクの形態であり、その１つの側面に情報層４が配置されている。透明層から離れて面する情報層の側面は、保護層５によって周囲の影響から保護されている。装置に面する透明層３の側面は、入力面６と呼ばれる。透明層は、情報層のための機械的支持を提供することによって、記録担体のための基板として作用し、及び／又は、塵粒、引っ掻き傷、及び、指紋を情報層から離れた位置に置くことによって、情報層のための保護層として作用する。情報は、光学的に検出可能な情報領域、又は、図１に示されていない、実質的に平行、同心、若しくは、螺旋状トラックに配置された記号の形態で、記録担体の情報層４に記憶され得る。これらの情報領域はトラック方向で中間領域と互い違いになる。情報領域は、如何なる光学的に読取可能な形態、例えば、ピッチ、バンプ、若しくは、反射係数を備える領域の形態、又は、これらの形態の組み合わせであってもよい。
【００２８】
走査装置１は、好ましくは、放射線ビーム７を放射する半導体レーザの形態の放射線源９を含む。放射線ビーム、又は、読取ビームは、光記録担体２の情報層４を走査するために用いられる。ビームスプリッタ１３、例えば、半透明反射鏡が、放射線源９からの発散放射線ビームを、光路に沿ってコリメータレンズ１４に反射し、コリメータレンズは発散ビーム７を平行化ビーム１５に変換する。平行化ビームは対物システム１８に入射する。通常対物レンズと呼ばれる対物システムは、１つ又はそれ以上のレンズ及び／又は格子を含み得る。図１の対物システムは２つの素子から構成され、本実施例では、第一レンズ１８ａ及び第二レンズ１８ｂである。対物レンズ１８は光学軸１９を有する。対物レンズは、平行化ビーム１５を収束ビーム２０に変換し、収束ビームは記録担体２の入力面６に入射する。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。
【００２９】
情報層４によって反射された放射線は発散ビーム２２を形成し、発散ビームは、対物レンズ１８によって実質的に平行化ビーム２３に転換され、その後、コリメータレンズ１４によって収束ビーム２４に転換される。ビームスプリッタ１３は、収束ビーム２４の少なくとも部分を放射線感知検出システム２５の方向に透過することによって、前進ビーム１２及び反射ビーム２４を分離する。検出システムはビームスプリッタ１３によって透過された放射線を捕捉し、それを電気出力信号２６に変換する。信号プロセッサ２７はこれらの出力信号を多様な他の信号に変換し、それらの信号は信号処理回路２９によって処理される。処理回路２７及び２９は、光学ヘッド１と別個に、走査装置内に位置し得る。
【００３０】
信号の１つは情報信号２８であり、その値は情報層４から読取られた情報を表わす。情報信号は、誤差補正２９のために、情報処理ユニットによって処理される。信号処理プロセッサ２７からの他の信号は、焦点誤差信号及び径誤差信号である。焦点誤差信号は、読取スポット２１と情報層４との間の軸方向の高さの相違を表わす。径誤差信号は、読取スポット２１と読取スポットによって追跡されるべき情報層内のトラックの中心との間の情報層４の平面内の距離を表わす。
【００３１】
焦点誤差信号及び径誤差信号はサーボ回路に供給される。サーボ回路は、これらの信号を、光学ヘッド内の機械的収束アクチュエータ（図示せず）を制御するための焦点サーボ信号と、瞬時に走査されるトラック上のスポットの芯出しを制御するためのトラッキングサーボ信号とに変換する。機械的収束アクチュエータは、収束方向３３における対物レンズ１８の位置を制御し、それによって、読取スポットが情報層４の平面と実質的に一致するよう、スポット２１の実際位置を制御する。径方向移動可能なアーム（図示せず）のような更なる機械的アクチュエータが、記録担体２の径方向３４における光学ヘッド１の位置を変え、それによって、情報層４において追跡されるべきトラック上に位置するよう、スポット２１の径方向位置を制御する。記録担体２のトラックは図１の平面に対して直交する方向に走っている。
【００３２】
米国特許第４，２４２，５７９号に記載されているように、走査スポット２１近傍の情報構造の部分は二次元回折格子として機能し、それは入射読取ビーム２１を、非偏向零次サブビームと、偏向一次サブビームと、高次サブビームとに分離する。零次サブビーム、及び、偏向サブビームの一部は、再度、対物レンズ１８に入射する。多様なサブビームの中心は、対物レンズの射出瞳の平面において相互に離間している。図２はこの平面における状況を示している。
【００３３】
中心４６を有する円４０は、この平面内の零次サブビームの断面を表わしている。中心４８，５０を有する円４２，４４は、（＋１）次サブビーム及び（−１）次サブビームを各々示しており、それらは接線方向又はトラック方向で回折されている。図２において、波線の円５２は、対物レンズの瞳を表わしている。この図面に示されている状況に関して、零次サブビームは瞳の全体を満たし、よって、実際上、円４０，５２は一致している。対物レンズの瞳内に収まる、情報層から入射する放射線の部分のみが、情報走査のために用いられる。情報読取りは、零次サブビームに対する（＋１）及び（−１）次サブビームの位相変化を用いる。
【００３４】
図２内の斜線領域では、前記一次サブビームは零次サブビームと重なり合い、よって、干渉が生じる。もし走査スポットが情報トラックに亘って移動するならば、一次サブビームの位相は変化する。その結果、対物レンズの射出瞳を通過する総放射線の強度、よって、放射線感知検出システムへの入射は変化する。
【００３５】
走査又は読取スポットの中心が、情報領域、例えば、ピットの中心と一致するとき、所与の位相の相違Ψが一次サブビームと零次サブビームとの間に存在する。もし走査スポットが第一情報領域から次の情報領域に移動するならば、一次サブビームの位相は２πだけ増大する。従って、走査スポットが接線方向に移動するとき、零次サブビームに対する一次サブビームの位相は、ω．ｔ．だけ変化する。そこでは、ωは時間周波数を表わし、それは情報領域の空間周波数及び走査速度によって決定される。この場合には、零次サブビームに対する一次サブビームｂ（＋１）の位相φ（＋１）は、次によって表わされる。
【００３６】
【数１】
2006523907.tif 000013
【００３７】
ｂ（＋１）サブビームと零次サブビームとの干渉によって引き起こされる強度変化は、図２において波線で表わされる放射線感知検出素子３６によって検出され、その検出器は対物レンズの射出瞳の平面内又はその画像内に配置される。Ψ＝πラジアンである、情報構造の特定の位相深さに関して、射出瞳に亘る強度変化は対称的である。この場合には、図１に示されるように、重なり合う２つの領域を通過するビーム部分は、１つの検出器素子上に収束され得る。この場合には、検出器２５の時間依存出力信号は、次によって表わされ得る。
【００３８】
【数２】
2006523907.tif 000014
【００３９】
ここで、Ａ（Ψ）は、Ψの減少値である。情報構造の所与の位相深度に関して、振幅Ａ（Ψ）ｃｏｓΨは一定である。この場合には、信号Ｓｉの周波数は、瞬時に走査される情報によって決定される。
【００４０】
今までのところ、一次サブビームのみが議論された。情報構造が放射線をより高い回折次元で回折することは明らかである。これらの次元における放射線強度は低く、回折角度は、ここで検討されている情報構造の高空間周波数で大きいので、高次ビームの無視し得る程度の小さな部分が対物レンズ１８の瞳内に収まる。従って、検出器信号Ｓｉに対する高次ビームの影響は無視される。
【００４１】
上記に議論された光走査装置は、所与のカットオフ周波数ＦＣを有する。対物レンズ瞳５２の中心と一次サブビームの中心４８，５０との間の距離ｄはλ．ｆに比例する。ここで、ｆは、走査方向における情報領域の空間周波数を表わし、λは、走査ビーム２０の波長を表わす。図２は、周波数ｆがカットオフ周波数ＦＣの半分よりも僅かに大きい状況を表わしている。もし周波数ｆが増大するならば、（＋１）次サブビームは右側に移動し且つ（−１）次サブビームは左側に移動し、距離ｄは増大する。従来的なカットオフ周波数ＦＣとして知られるｆの所与値に関して、円４２，４４は円５２と最早交差せず、この円に対して接するだけである。この場合には、一次サブビームは対物レンズ１８の瞳を最早通過せず、これらのサブビームは零次サブビームを干渉し得ない。その場合には、記録担体の情報は、最早、対物レンズの瞳を通過する層放射線エネルギーを検出することによっては走査され得ない。図１に示されているように、反射における読取りに関して、従来のカットオフ周波数は以下によって与えられる。
【００４２】
【数３】
2006523907.tif 000015
【００４３】
ここで、ＮＡは対物レンズの開口率である。
【００４４】
走査装置の解像度を増大するために、即ち、従来のカットオフ周波数よりも高い空間周波数の読取りを可能とするために、米国特許第４，２４２，５７９号では、サブビームを対物レンズの瞳に対して接線方向３６に移動することが提案されている。もし情報構造の空間周波数がカットオフ周波数よりも高いならば、一次サブビーム、及び、零次サブビームの一部が依然として対物レンズの瞳も通過するように移動する。
【００４５】
図３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も約１．５倍高い状況を表わしている。零次サブビームの中心４６と＋一次サブビーム４２の中心との間の距離ｄは、図２における距離ｄの約３倍である。これらのサブビームは図３において左側に移動されているので、斜線部分４８，６０は対物レンズの瞳５２内に収まる。−一次サブビーム４４はこの瞳の完全に外側に収まる。
【００４６】
図４に示されるように、ここでは単一のレンズ素子として表わされている対物レンズ１８及びコリメータレンズ１４を通過する零次サブビームｂ（０）の一部及び一次サブビームｂ（＋１）の一部は、検出器２５の平面６２に収束する。走査ビームは干渉性ビームであるので、前記ビーム部分は平面６２内で相互に干渉し、よって、図４で曲線６４，６６，６８によって示されるように、接線方向３６で変化する干渉パターンＩが生成される。実線の曲線６４は、走査スポット２１が情報領域の正に中心に位置するときの強度変化を表わしている。もし走査スポットがこの中心から離れて次の情報領域へ移動するならば、２つの連続的な瞬間での強度パターンは、波線−点曲線６６及び波線曲線６８にそれぞれ従う。よって、強度パターンは、読取スポット２１の走査中、検出平面に亘って移動する。図４における検出器７０のような固定場所を有する狭い検出器に関して、この検出器が受信する放射線は、結果的に、走査中変化する。よって、この検出器の出力信号は、瞬時に読み取られる情報と無関係に変化する。
【００４７】
接線方向における検出器の幅は、強度パターンの周期に比べて小さいべきである。この周期は、走査される情報領域の局所的空間周波数によって決定される。最大の空間周波数は、記録担体内における、或いは、走査されるべき文書又は光学的表現特定の情報構造のために知られ、よって、検出器７０の幅は相応して構成され得る。
【００４８】
検出器７０の出力信号は、信号プロセッサ２７に供給される。読出信号の信号対雑音比は、検出器７０の両側に２つの追加的な検出器７２，７４を強度パターンの周期の約半分の距離で配置することによって向上し得る。検出器の出力信号は加算され、それらの合計は作動増幅器７６内の検出器３０の出力信号から減算される。作動増幅器の出力部は図１に示されている信号プロセッサ２７に接続されている。
【００４９】
米国特許第４，２４２，５７９号の走査装置において、図３に示される対物レンズの瞳に対するサブビームの移動は、図５に概略的に示されているように、対物レンズの軸及び記録担体を相互に傾斜することによって実現される。図５及び後続図面は、本発明に関連する図１の素子のみ、即ち、記録担体２、対物レンズ１８、及び、放射線感知検出システムが位置すべき画像平面６２を示している。傾斜角度、よって、記録担体に対する読取ビーム２０の主要放射線の入射角度は、反射零次サブビームｂ（０）の部分及び反射一次サブビームの一部がこの瞳を通るよう選択される。図５に示されている傾斜位置において、零次サブビーム及び一次サブビームは下方に偏向され、よって、一次サブビームｂ（＋１）の一部は、対物レンズの瞳の一方の半分を通過し、零次サブビームｂ（０）の一部は瞳の他方の半分を通過する。
【００５０】
収束された読取ビームは傾斜方向で記録担体の基板を通り、且つ、この基板は想定される用途のために所与の厚さを有さなければならないので、受容し得ない分量の収差が読取ビームに、よって、読取スポットに導入される。主要な収差はコマ収差であり、それは情報構造の隣接トラック間のクロストークを引き起こし得る。他の収差は非点収差及び高次収差である。本発明によれば、サブビームの偏向は、読取中、情報層の表面を、記録担体の正面、即ち、対物レンズに向けられた表面が読取ビームの主要放射線に対して直交するように構成することによって実現される。この結果、新しい種類の記録担体が得られる。
【００５１】
図６は、読取装置の素子、及び、そのような記録担体の第一実施態様を概略的に示している。記録担体の背面、即ち、情報層４は、三角形状を有する。換言すれば、第一の勾配又は傾斜を示す第一地域８２、及び、第一傾斜に対向する第二の傾斜を示す第二地域を含む。三角形状のピッチは、読取ビームの偏向時に、読取ビームを偏向するだけであり、読取ビームをサブビームに分離しない。よって、このピッチ又は空間的周期は、情報構造のピッチ、即ち、情報領域の（読取方向における）長さ及び中間領域のそれの合計よりも大きい。ファセット８２，８４が入射面と平行な平面に対して傾斜する角度βは、サブビームがファセットによって反射される角度が一次サブビームが情報構造によって回折される角度よりも小さいように選択される。経験則として、角度βは情報層上に収束されるビームの開口角αの半分のオーダである。例えば、もし記録担体が開口率ＮＡ＝０．８５を有する対物レンズを用いて読み取られるならば、開口角αは３６°であり、傾斜角βは１８°である。
【００５２】
三角形状は情報構造上に重ね合わされる。もし読取ビームがファセット８２に入射するならば、情報構造によって形成されるサブビームは上方に偏向され、よって、零次サブビームｂ（０）の一部及び一次サブビームｂ（−１）の一部は、対物レンズの瞳の異なる半分を通過し、よって、このファセットでの高密度情報の読取りを可能にする。もし読取ビームがファセット８４に入射するのであれば、情報構造によって形成されるサブビームは下方に偏向され、よって、一次サブビームｂ（＋１）の一部及び零次サブビームの一部は、対物レンズの瞳の異なる半分を通過する。情報構造によってｂ（＋１）サブビームに導入される位相変調は、ｂ（−１）サブビームに導入される位相変調と同一である。
【００５３】
情報構造の読取中、ｂ（＋１）サブビームの一部又はｂ（−１）サブビームの一部の何れかが、零次サブビームの一部と共に、いつ何時でも、対物レンズの瞳を通過する。これは、各瞬間に、放射線感知検出システムが情報信号Ｓｉ（２６）を、各瞬間に絶えず供給することを意味する。よって、情報層の三角形状は、傾斜記録担体を用いて読み取られるのと同一の高密度情報構造の読取りを可能にする。しかしながら、読取ビームは記録担体を斜めに通過せず、よって、受容し得ない大きな収差は、このビーム、及び、このビームによって形成される読取スポットに最早導入されない。情報層の三角形状の厚さのばらつきによって導入され得る球面収差は小さいので、それは無視し得る。
【００５４】
三角形状の表面輪郭（表面プロファイル）を備える記録担体の概略的な断面図は、接線方向又は径方向の断面であり得る。しかしながら、もしファセット８２，８４の連続が、接線方向、即ち、走査方向にあるならば、情報構造に収束される読取ビームを維持するために、大幅に大きな帯域幅が収束サーボループのために必要とされる。情報領域が円形又は準円形のトラックに沿って配置される場合、前記連続を径方向で有するのが好ましい。前記連続は、接線方向と径方向との間の如何なる方向であってもよい。好適な方向は、情報領域の配置及びこれらの情報領域の読取方法によって決定される。トラックに配置される情報構造のための好適な方向は、他に配置される情報構造のための好適な方向と異なり得る。トラック状に配置される情報構造において、情報領域はトラック方向で相互に後続し、トラック幅は１つだけの情報領域を収容するために十分である。１つの情報領域のみが何時でも読み取られる。異なって配置された情報構造の一例は、所謂２Ｄ−ＯＳ（二次元光記憶装置）である。これらの構造は幾つかのブロックに分割され、各ブロックは幾つかの情報領域を含む。これらのブロックは六角形状を有し得る。１つのブロックの情報領域は、例えば、検出素子の配列を用いて全て同時に読み取られ、検出素子の数はブロック内の情報領域の数に対応する。２Ｄ−ＯＳ情報構造は先に出願された同時係属中の出願第ＰＨＮＬ０２０１４７号に記載されている。二次元情報構造のために、表面輪郭又は格子ストリップの好適な方向は、ブロックに対して対角線方向であり得る。
【００５５】
三角形状輪郭の代わりに、情報層は鋸歯形状の背面も示し得る。
【００５６】
情報領域のピッチが可変、例えば、外側トラックから内側トラックに減少する記録担体のために、表面輪郭のピッチは可変に形成されることで、このピッチが情報構造のピッチのそれに従うようにし得る。
【００５７】
図７は、本発明に従った記録担体の他の関連する特徴を概略的に示している。今や、情報層４は、図７において波線８６によって指し示される標準回折格子を備えた平坦層である。そのような格子は、交互の格子ストリップ及び中間ストリップの周期構造を含み、入射放射線ビームを、零次サブビーム、（＋１）次サブビーム、及び、（−１）次サブビームに分離し、その一次サブビームは、それぞれ、波線矢印ｂ’（＋１）及びｂ’（−１）によって指し示されている。標準格子の周期は情報構造の周期よりも大きく、よって、サブビームｂ’（＋１）及びｂ’（−１）は、サブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）が情報構造によって偏向される角度よりも小さな角度で、標準格子によって偏向される。サブビームｂ（＋１）及びｂ（−１）は、図７において単一の実線矢印で指し示されている。標準格子が情報構造上に重ね合わされているので、情報構造によって形成される零次及び一次サブビームｂ（０）、ｂ（＋１）、及び、ｂ（−１）は、標準格子によって更に回折され、二重回折された零次及び一次サブビームになる。図７に示されるように、これらの反射された二重回折零次サブビームのうち、サブビームｂ（−１，＋１）及びｂ（＋１，−１）が対物レンズの瞳及びコリメータレンズを通過する。第一及び第二指数は、情報構造及び標準格子のそれぞれによって引き起こされる回折の次数に関係する。図７に示されていない、入射読取ビームと同一であるが反対の放射線方向を有するサブビームｂ（０，０）も瞳を通過する。このようにして、放射線感知検出システムの場所で、情報構造によって変調される一次サブビームが零次サブビームと干渉することが達成され、実質的に強化された解像度を備えた読取が可能となる。
【００５８】
標準格子は読取装置の収束サーボシステムのための平坦素子であるため、格子ストリップは、トラック方向又は任意の他の方向に配置されたディスク形状の担体の接線方向又は径方向に延在し得る。再度、好適な方向は、情報領域が配置され且つ情報領域が読み取られる方法に従ったパターンによって決定される。
【００５９】
もし情報構造のピッチが可変であるならば、格子ピッチは情報構造のピッチに従うよう、標準格子のピッチも可変に形成し得る。
【００６０】
標準格子が入射放射線を偏向角度の所要範囲内で回折することを条件として、標準格子は如何なる種類の振幅又は位相格子であり得る。放射効率の観点から、格子は位相格子であるのが好ましい。そのような格子は、中間ストリップとは異なる高さで、格子ストリップを含み得る。代替的に、格子は、中間ストリップの屈折率と異なる屈折率を有する格子ストリップを含み得る。例えば、後者の格子の材料は、格子ストリップの材料が水晶状態にあるよう処理された相変化材料である。
【００６１】
標準格子は、図５に示される形状、即ち、三角形状又は鋸歯形状に類似するが、入射読取放射線を回折するように実質的に小さな周期を有する表面形状によって構成され得る。図７に示されるような同一の二重回折されたサブビームが対物レンズの瞳を通過するよう、標準格子を配置し得る。
【００６２】
記録担体の製造工程の一部を形成するマスタリング段階は、記録担体に所要表面輪郭又は標準格子を提供するよう構成され得る。マスタリング段階では、基板の頂部のレジスト層が、書き込まれるべき情報に従って変調された強度を有する放射線の収束ビームに露出される。レジスト層に亘る被変調走査は、非露出領域と交互の露出領域のパターンをレジスト層に形成する。レジストを現像し、レジストパターンをエッチマスクとして用いることによって、このパターンを基板に転写する。マスタと呼ばれるこの基板から、異なる世代の型が作成される。本発明に従った表面輪郭又は標準格子を有する記録担体を得るために、所要の表面輪郭又は標準格子を信号内に符号化し得る。輪郭又は格子がマスタ内に刻まれるよう、この信号は書込ビームの変調を制御する。
【００６３】
代替的に、表面輪郭又は格子を情報層の上の別個の層に固定し得る。例えば、別個の層は相変化材料の層であり得る。その相変化材料内に、情報構造を書き込むために用いられる書込スポットよりも大きいスポット上に収束されたビームによって、表面輪郭又は格子を書き込み得る。
【００６４】
本発明は、依然として満足に読み取られ且つＣＤ及びＤＶＤのような異なる種類の光記録担体並びにより高い密度タイプの記録担体で用られ得る、光記録担体における情報層の情報密度を増大するための一般的着想を提供する。
【００６５】
本発明は、多層記録担体、即ち、２つ又はそれ以上の情報層を有する記録担体においても用い得る。各情報層は上記議論されたような表面輪郭又は標準格子を備えるべきである。
【００６６】
本発明は、光記録技術以外、例えば、共焦点顕微鏡走査に適用され得る。本発明の実施は、例えば、輪郭又は格子を含む位相板の形態の表面輪郭又は標準格子を備える顕微鏡によって観察又は検査されるべきサンプル、又は、一般的には、情報面を提供することを含み、その板は走査中に情報面をカバーする。輪郭又は格子のピッチは、サンプル内に存在することが予期されるピッチよりも大きいべきである。本発明が装置内で実施されるよう、前記ピッチは走査装置の部分を形成する。本発明に従った走査装置は、情報面からの走査ビーム放射を入射走査ビームの主要放射線に対して鋭角な方向に方向付けるための手段を備えた板を含むという点で、従来の共焦点顕微鏡走査又は走査装置一般と異なる。板手段の異なる実施態様は上記の記録担体手段のための実施態様と類似するので、板手段が詳細に記載される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って記録媒体を読み取るための読取装置を示す概略図である。
【図２】読取装置の対物レンズの瞳に対する異なる回折次元のサブビームの位置を示す概略図である。
【図３】本発明に従った記録担体のためのこれらの位置を示す概略図である。
【図４】情報構造によって回折されたサブビームの移動によって、増大された解像度での読取原理を示す概略図である。
【図５】傾斜記録担体によるこの原理の実施を示す概略図である。
【図６】この原理の実施を可能とする、本発明に従った記録担体の第一実施態様を示す概略図である。
【図７】そのような記録担体の他の関連する特徴を示す概略図である。
【国際調査報告】
2006523907.tif 000016
2006523907.tif 000017
2006523907.tif 000018
2006523907.tif 000019