(57)【要約】第１のタイプ及び第２のタイプの光学記録担体（２，４０）を走査する装置が、該第１のタイプの記録担体を走査する第１の放射ビーム及び該第２のタイプの記録担体を走査する第２の放射ビームを生成する。前記第１の放射ビームは、前記第２の放射ビームの第２の開口数よりも大きな第１の開口数を持つ。前記装置は、前記第１の放射ビームに影響を及ぼさない非周期的な段差構造を含む。段差構造は、前記第１及び前記第２のタイプの記録担体（２，４０）の透明層（３，４１）の異なる厚さを介して走査するために必要とされる球面収差の差を補償するための該第２のタイプの記録担体を走査する前記第２の放射ビームにおける球面収差の量を生ぜしめる。前記第２の開口数より大きな開口数を持つ前記第２の放射ビーム内の光線からの検出系２５上の迷光の量を低減させるために、段差格子は、前記第２の放射ビームに生じる波面ずれの勾配における不連続性を生じさせる。この不連続性は、前記第２の放射ビームの望ましい及び望ましくない光線の検出系（２５）の平面における空間フィルタリングを可能にする。
2004511060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の情報層及び第１の厚さを持つ第１の透明層を含む第１の光学記録担体を走査し、第２の情報層及び前記第１の厚さと異なる第２の厚さを持つ第２の透明層を含む第２の光学記録担体を走査する光学ヘッドであって、
当該光学ヘッドは、第１の波長を持つ第１の放射ビーム及び該第１の波長と異なる第２の波長を持つ第２の放射ビームを生成する放射源と、前記第１の透明層を介す第１の開口数を持つ前記第１の放射ビームを前記第１の情報層上の焦点に収束させ、前記第２の透明層を介す第２の開口数を持つ前記第２の放射ビームを前記第２の情報層上の焦点に収束させる光学系とを持ち、前記第１の開口数は前記第２の開口数よりも大きく、
前記光学系は、前記第１の透明層及び前記第２の透明層に起因する球面収差の差を補償する非周期的な段差構造を含み、前記段差構造は、光学経路のパターンを形成する複数の同心領域を含み、前記光学経路のパターンは、前記第２の波長に関する球面収差の差及び前記第１の波長に関する平坦な波面ずれを全体的に近似する波面ずれを形成する光学ヘッドにおいて、
前記段差構造は、前記第２の開口数における前記第２の放射ビームの波面の勾配における不連続性を生じさせることを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ヘッドにおいて、
前記第２の開口数に実質的に対応する外径を持つ前記同心領域の少なくとも一部が、球面収差の差に実質的に等しい波面を局所的に形成する前記第２の波長に関する光学経路を持ち、その他の同心領域が、実質的に平坦な波面を形成する前記第１の波長に関する光学経路を持つことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の光学ヘッドにおいて、
前記段差構造の隣接する領域の光学経路間の差は、前記第１の波長の整数倍に実質的に等しいことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項４】
二つのタイプの光学記録担体を走査する装置であって、請求項１に記載の光学ヘッド及びエラー訂正用の情報処理ユニットを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１及び第２の、異なるタイプの記録担体を走査する光学ヘッドに関する。本発明はまた、二つの異なるタイプの光学記録担体を走査する装置であって、上述の光学ヘッドを含む装置に関する。両タイプの記録担体は、情報層及び透明層を持ち、放射ビームは、該透明層を介して該情報層を走査することが出来る。透明層の厚さは、前記二つのタイプの記録担体に関して異なる。光学ヘッドは、第１のタイプの記録担体を走査する第１の波長を持つ第１の放射ビーム及び第２のタイプの記録担体を走査する場合の第２の、異なる波長を持つ第２の放射ビームを生成する放射源を含む。第１の放射ビームは、記録担体に入射する箇所で第２の放射ビームより大きな開口数を持つ。
【０００２】
【従来の技術】
光学記録の分野における進歩の結果、より高い情報密度を持つ新しい光学記録担体が普通の市場に入ってきている。一般に、斯様な記録担体は、前世代の記録担体を走査するために用いられるものと異なる波長及び開口数の放射ビームを用いて走査されるように設計されている。新しい記録担体向けに設計された走査装置はより古い記録担体を走査可能であることも望まれる。それ故、走査装置は、各タイプの記録担体用の二つのタイプの放射ビームを供することが出来るように適合されなければならない。例えば、いわゆるＤＶＤタイプの記録担体を走査することに適した装置は、６６０ｎｍの波長、０．６の開口数（ＮＡ）及び０．６ｍｍの記録担体の基盤厚さに対する球面収差補償を持つ第１の放射ビームを供する。いわゆるＣＤタイプの前世代の記録担体に書込むために、上記装置はまた、７８５ｎｍの波長、０．５０のＮＡ及び１．２ｍｍの記録担体の基盤厚さに対する球面収差補償を持つ第２の放射ビームも供する。上記装置には、好ましくは、製造コストを低く保つために放射ビームを記録担体に焦点合わせするための単一の対物レンズ系が設けられる。
【０００３】
機関誌 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｖｏｌ． ３８， Ｎｏ． １７， ３７７８〜３７８６頁に掲載されたＫａｔａｙａｍａ等による記事”Ｄｕａｌ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｈｅａｄ ｗｉｔｈ ａ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ０．６− ａｎｄ １．２−ｍｍ−ｔｈｉｃｋ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋｓ”が、ＤＶＤ及びＣＤタイプの両方の記録物を走査することが可能な装置で用いる単一の対物レンズ系を持つ光学ヘッドを開示している。光学ヘッドは、透明層の異なる厚さを横切る際に放射ビームが被る球面収差の差を補償するために非周期的な段差構造（ｎｏｎ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｐｈａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を持つ素子を含む。段差構造は、光学経路のパターンを形成する複数の同心領域を含む。段差構造は、第２の開口数に対応する径を持つ。薄膜干渉スタック（ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔａｃｋ）が段差構造の周りに配設される。段差構造は、透明層の厚さの差を補償するために第２の放射ビームに球面収差を引き起こす。隣接する領域間の高さの差は、これら領域間の光学経路差が、第１の波長の整数倍に等しく、これにより、第１の波長の放射ビーム対して段差構造を不能（ｉｎａｃｔｉｖｅ）にするようになされている。干渉スタックは、第１の放射ビームを透過させ、第２の放射ビームを阻止するように設計されている。このようにして、前記素子は、より大きな第１の開口数に対応する径及び実質的に平坦な波面を持つ第１の波長の放射ビーム並びにより小さな第２の開口数に対応する径及び球面収差を受けた波面を持つ第２の波長の放射ビームを形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この既知の光学ヘッドの不利な点は、段差構造及び薄膜スタックの両方が存在することにより、前記素子のコストがかなり高いことである。更に、薄膜スタックは、段差構造を介し透過された部分と同一の、該スタックを介し透過された放射ビームの部分に対する波面を達成するために、所定の位相シフトを第１の放射ビームに加えなければならないため複雑である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、段差構造を持つそれほど高価ではない素子を含む光学ヘッドを提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は、第１の情報層及び第１の厚さを持つ第１の透明層を含む第１の光学記録担体を走査し、第２の情報層及び前記第１の厚さと異なる第２の厚さを持つ第２の透明層を含む第２の光学記録担体を走査する光学ヘッドであって、当該光学ヘッドは、第１の波長を持つ第１の放射ビーム及び該第１の波長と異なる第２の波長を持つ第２の放射ビームを生成する放射源と、前記第１の透明層を介す第１の開口数を持つ前記第１の放射ビームを前記第１の情報層上の焦点に収束させ、前記第２の透明層を介す第２の開口数を持つ前記第２の放射ビームを前記第２の情報層上の焦点に収束させる光学系とを持ち、前記第１の開口数は前記第２の開口数よりも大きく、前記光学系は、前記第１の透明層及び前記第２の透明層に起因する球面収差の差を補償する非周期的な段差構造を含み、前記段差構造は、光学経路のパターンを形成する複数の同心領域を含み、前記光学経路のパターンは、前記第２の波長に関する球面収差の差及び前記第１の波長に関する平坦な波面ずれを全体的に近似する波面ずれを形成する光学ヘッドにおいて、本発明による、前記段差構造は、前記第２の開口数における前記第２の放射ビームの波面の勾配における不連続性を生じさせる光学ヘッドにより達成される。
【０００７】
既知の光学ヘッドに存在していたような薄膜スタックは本発明によるヘッドにおいて必要ないため、段差構造を持つ素子の製造がより安価になるであろう。更に、薄膜スタックがないので、第１の放射ビームの径全体に渡る平坦な波面を達成することがより簡単になる。なぜなら、第１の放射ビームの正確な位相を、該第１の放射ビームの径全体に渡り段差構造の各領域の厚さを適切に選択することにより得ることができるからである。
【０００８】
薄膜スタックがないことにより、第１の開口数外側の第２の放射ビームの放射が記録担体に到達する。次いで、これは、検出系に到達し、とりわけ該検出系により生成される電気信号におけるノイズを増大させるかもしれない。既知の段差構造は、球面収差の差に関する第２の放射ビームの位相を補正するが、該放射ビームにおける光線の伝搬方向を補正しない。故に、球面収差の差により、第２の放射ビームの外形付近の光線が、該放射ビームの光軸から離れた検出器平面に当たり、これは光線の開口数が増すにつれて徐々に増加する。検出器平面における放射の連続的な分布は、第２の開口数より小さな開口数を持つ放射とより大きな開口数を持つ放射との間の区別を難しくする。より大きな開口数を持つ光線を捕捉することは、第２の開口数より大きな開口数を用いて第２の記録担体を走査することになる。記録担体の傾きが、開口数の三乗に比例するコマ波面エラーを生じさせるため、走査する開口数の増加は、記録担体の傾きにおける許容誤差を低減させる。これを回避するため、検出系は自身の放射感応領域の精密に規定された位置及び寸法を持つべきであるが、これを実現することは難しい。それ故、本発明による段差構造は、第２の開口数に対応する径における第２の放射ビームの波面の勾配における不連続性を生じさせる。勾配の不連続性により、第２の放射ビームの光線の伝搬方向に変化が生じ、これは、二つの分離された放射分布を招く。即ち、第２の開口数より小さな開口数を持つ第２の放射ビームにおける光線に起因する検出器平面における中央放射分布が、暗い輪（ｄａｒｋ ｒｉｎｇ）により、該第２の開口数より大きな開口数を持つ光線に起因する環状放射分布と分離される。これにより、検出系は、自身の位置又は寸法における厳しい許容誤差を持たずに中央分布に配設され得る。従って、環状放射分布を、検出系から効果的に遠ざけることができる。
【０００９】
波面の勾配の不連続性を実現するために、好ましくは第２の開口数に対応する外径を持つ領域の少なくとも一部が、球面収差の差に実質的に等しい波面を局所的に形成する第２の波長に関する光学経路を持ち、その他の領域が、実質的に平坦な波面ずれを形成する第１の波長に関する光学経路を持つ。球面収差の差に等しい波面を局所的に持つ第２の放射ビームの部分における光線は、光軸と検出器平面との交点に向けられるであろう。段差構造の外側の隣接領域は、第２の放射ビームを第２の透明層を通過させるために補正される。故に、第２の透明層を通過後第２の放射ビームのこの領域における光線は、かなり大きな球面収差を示し、これは、該光線を光軸から遠くに向けるであろう。二つの領域間の差により、第２の放射ビームの波面の勾配における所望の不連続性がもたらされる。
【００１０】
第１の放射ビームに対する段差構造の影響は、最小限にされる、即ち、段差構造は、好ましくは、段差構造の隣接する領域の光学経路間の差が第１の波長の整数倍に実質的に等しい場合に、全体的に平坦な波面ずれを生じさせる。
【００１１】
本発明の他の特徴は、二つのタイプの光学記録担体を走査する装置であって、上述の光学ヘッド及びエラー訂正用の情報処理ユニットを含む装置に関する。第２のタイプの記録担体を走査する場合の検出器上の迷光の量の低減は、検出系により生成され、記録担体から読み取られた情報を表す電気情報信号におけるノイズを低減させる。段差構造はまた、第２の記録担体の傾きの余裕（ｍａｒｇｉｎ）を増加させ、これにより、放射ビームにおけるコマの量並びに関連するトラック−トゥ−トラッククロストーク及びインターシンボル干渉を低減させる。情報信号のより高い品質は、情報信号におけるエラー数を低減させ、これにより、エラー訂正のための情報処理ユニットに課される要求を低減させる。
【００１２】
本発明の目的、利点及び特徴は、添付の図面に示される、以下の本発明の好ましい実施例のより特定した記載から明らかとなるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、第１のタイプの光学記録担体２及び第２のタイプの記録担体４０を走査する装置１示す。図示の実施例において、第１のタイプはＤＶＤであり、第２のタイプは書き込み可能ＣＤである。記録担体２は透明層３を有し、該透明層の一方の側に情報層４が配設されている。情報層の透明層から遠い側は、保護層５により環境の影響から保護されている。透明層の前記装置と面する側は、入射面６と呼ばれる。透明層３は、情報層に対する機械的サポートを設けることによる記録担体用の基板として作用する。他の例においては、透明層が、情報層を保護する底部機能を持つ一方、情報層に対する機械的サポートが、情報層の他方の側における層により、例えば、保護層５により又は情報層４に結合される透明層及び他の情報層により設けられても良い。情報は、図に示されない、実質的に平行の、同心状の又は螺旋状のトラックに配設される光学的に検出可能なマークの形態で記録担体の情報層４に記憶されても良い。マークは、如何なる光学的に読み取り可能な形態、例えば、ピット、又は領域の周囲と異なる反射係数若しくは磁化方向を持つ該領域、又はこれらの組み合わせの形態であっても良い。
【００１４】
走査装置１は、異なる波長を持つ第１の放射ビーム７及び第２の放射ビーム８を出射することができる放射源を有する。図示の放射源は、放射ビーム７及び８を出射する、二つの半導体レーザ９及び１０を有する。ビームスプリッタ１１、例えば、半透明板は、二つのビーム７及び８の各経路を一つの光学経路に組み合わせる。第１の放射ビーム７は、第１のタイプの光学記録担体２を走査するために用いられる。第２の放射ビーム８は、第２のタイプの光学記録担体４０を走査するために用いられる。第２のビームスプリッタ１３は、前記光学経路上の発散（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ）放射ビームをコリメータレンズ１４に向けて反射する。コリメータレンズ１４は、発散ビーム１２を平行ビーム１５に変換する。平行ビーム１５は、透明光学素子１６に入射し、該光学素子１６は、該平行ビームの波面を変形させる。光学素子１６から到来するビーム１７は、対物レンズ系１８に入射する。対物レンズ系は、１つ以上のレンズ及び／又は格子を有しても良い。対物レンズ系１８は、光学軸１９を持つ。対物レンズ系１８は、ビーム１７を収束ビーム２０に変える。収束ビーム２０は、記録担体２の入射面６に入射する。対物レンズ系は、第１の放射ビームを透明層３の厚さを介して通過させるために適合された球面収差補正を持つ。収束ビーム２０は、情報層４上にスポット２１を形成する。情報層４により反射された放射は、発散ビーム２２を形成する。発散ビーム２２は、対物レンズ系１８により実質的に平行ビーム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、検出系２５に向けて収束ビーム２４の少なくとも一部を透過させることにより進行（ｆｏｒｗａｒｄ）ビームと反射ビームとを分離する。検出系は、放射を捕捉し、該放射を電気出力信号２６に変換する。シグナルプロセッサ２７は、それら出力信号を種々の他の信号に変換する。それら信号の一つは、情報信号２８であり、その値は、情報層４から読み取られた情報を表す。情報信号は、エラー訂正用の情報処理ユニット２９により処理される。シグナルプロセッサ２７からの他の信号は、フォーカスエラー信号およびラジアルエラー信号３０である。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。ラジアルエラー信号は、スポット２１と該スポットにより追従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の平面における距離を表す。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３１に供給される。サーボ回路３１は、フォーカスアクチュエータ及びラジアルアクチュエータを各々制御するためにこれら信号をサーボ制御信号３２に変換する。これらアクチュエータは図示されていない。フォーカスアクチュエータは、フォーカス方向３３における対物レンズ系１８の位置を制御し、これにより、スポット２１が情報層４の平面と実質的に合致するようにスポット２１の実際の位置を制御する。ラジアルアクチュエータは、ラジアル方向３４における対物レンズ系１８の位置を制御し、これにより、スポット２１が情報層４内の追従されるべきトラックの中心線と実質的に合致するようにスポット２１のラジアル位置を制御する。図におけるトラックは、図の平面に垂直な方向に走っている。
【００１５】
図１の装置は、第２のタイプの記録担体４０も走査することに適合されている。この記録担体は、記録層２よりも厚い透明層４１、情報層４２、保護層４３及び入射面４４を有する。前記装置は、情報層４２を走査するために第２の放射ビーム８を用いる。この放射ビームの開口数は、情報層４２を走査する焦点スポット４７を形成することに適した開口数を持つ収束ビーム４５を得るように適合されても良い。適した開口数の値は、ＤＶＤタイプの記録担体に関しては０．６の第１の開口数ＮＡ１であり、ＣＤタイプの記録担体に関しては０．５の第２の開口数ＮＡ２である。対物レンズ系１８の球面収差補償は、透明層４１の厚さに適合されていない。なぜなら、透明層の厚さ及び波長が異なるからである。光学素子１６は、第２の放射ビームが該光学素子１６を通過する際に球面収差の形態を持つ波面ずれ（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を生じさせるように設計されている。球面収差の量は、第１及び第２の透明層に起因する球面収差の差に等しい。対物レンズ系に入射する第２の放射ビーム４６に生じる球面収差は、光学素子１６及び対物レンズ系１８により放射ビームに生じる組み合わされた球面収差（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）が、透明層４１を通過するに当たり該放射ビームが被る球面収差を補償するように選択されている。
【００１６】
図２は、光学素子１６の光学軸１９を通る断面を示す。光学素子は、透明板５０を有する。透明板５０の一方の面５１には、段差構造５２が設けられている。段差構造５２は、光学軸１９を中心に回転対称である。段差構造は、中央領域５３及び８個の同心環状領域５４乃至６１を持つ。これら領域は、異なる高さを持ち、光学素子を通って透過される放射ビームの光線の異なる光学経路を生じさせる。図の領域の高さは、板５０の厚さ及び径方向の程度に関して誇張されている。
【００１７】
隣接する領域間の高さの差は、
【数１】
2004511060.tif 000003
により与えられる高さｈ１の倍数ｍに等しい。ここで、λ１は第１の波長であり、ｎ１は波長λ１における環状領域の材料の屈折率である。倍数ｍは、いかなる整数値、例えば、−１、０又は１であっても良い。中央領域５３の高さに対する同心領域５４乃至６０の高さは、ｈ１の５倍、４倍、３倍、２倍、３倍、４倍及び５倍である。光学素子を横切る波長λ１の第１の放射ビームに、段差構造の各隣接する領域により生じる光学経路差（ＯＰＤ）は、ｍｈ１（ｎ１−１）に等しい。これは、ｍλ１に等しい。結果として、段差構造は、平坦な波面ずれを第１の放射ビームに生じさせる。言い換えると、段差構造は、第１の放射ビームの波面に影響を及ぼさない。
【００１８】
これは、図３に概略的に示されている。上図は、段差構造における半径の関数として段差構造の各領域の高さｈをｈ１の単位で示している。半径は、放射ビームにおける光線（ｒａｙ）の開口数ＮＡによって表されている。この光線は、放射ビームの中央の光線からの半径に等しい距離におけるものである。半径ｒといわゆるサインコンディション（ｓｉｎｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に準拠するレンズに関する空気中の開口数ＮＡとの間の関係は、ＮＡ＝ｒ／ｆにより与えられる。ここで、ｆは、対物レンズ系１８の焦点距離である。図は、ＣＤに関する０．５のＮＡ及びＤＶＤに関する０．６のＮＡを示している。外側領域６０は、高さがゼロであり、ＮＡ２まで延在する領域６２を置いている。高さゼロの領域６３と共に、領域６２は領域６１を形成する。図３の中図における引き出し線６４は、段差構造により第１放射ビームに生じるＯＰＤ即ち波面ずれを示す。ＯＰＤは、λ１を単位とする放射ビームの中央の光線の光学経路に相対的なものである。領域５４乃至６０のＯＰＤは、負性である。なぜなら、それら光線は、図２に示される段差構造により遅らされるからである。言い換えると、段差構造の形状は、生じた波面ずれが凸状である部分において凹状である。中図の波線６５は、光学素子を介した透過後の第１の放射ビームに生じる波面ずれを示している。波面ずれは、全体的及び局所的両方とも平坦であり、これは、光学素子が第１の放射ビームに影響を及ぼさないことを示している。対物レンズ系１８は、第１のタイプの記録担体の透明層３において第１の放射ビームが被る球面収差の補償に必要とされる量の球面収差を生じさせる。ゆえに、光学素子１６及び対物レンズ系１８を通過した後の第１の放射ビームは、第１のタイプの記録担体に対して正確に補償される。
【００１９】
第２の放射ビームが光学素子１６を通過する場合、該放射ビームの波面は影響を受けるであろう。なぜなら、この放射ビームは、λ１と異なる波長λ２を持ち、同心領域により生じる光学経路差が、λ２の倍数と等しくないからである。ここで、これらの差を、図２の特定的な段差構造に対して決定する。同心領域の材料は、６６０ｎｍに等しいλ１に対する１．４８９１の屈折率ｎ１及び７８５ｎｍに等しいλ２に対する１．４８６１の屈折率ｎ２を持つポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）である。表Ｉは、光学経路差ＯＰＤをλ２により除算した分数、即ち、ｍが１乃至６の値を持つｍｈ１の段の高さに関する｛ｍｈ１（ｎ２−１）ｍｏｄλ２｝／λ２を示している。表における最大の高さは最小のＯＰＤを与えることに留意されたい。
【００２０】
表Ｉ
【表１】
2004511060.tif 000004
【００２１】
環状領域の高さ及び径方向の程度は、１．２ｍｍの透明層により波長λ２及び０．５の開口数を持つ収束ビーム４５に生じる球面収差と対物レンズ系１８により該ビーム４５に生じる補償との総量に等しい量の球面収差を生じさせるように選択されている。この総量は、記録担体の透明層の厚さの差に起因する球面収差の差に等しい。対物レンズ系の球面色収差（ｓｐｈｅｒｏ−ｃｈｒｏｍａｔｉｓｍ）、即ち、波長がλ１からλ２に変化する場合の該対物レンズ系により生じる球面収差の変化は、その差よりも小さな桁であり、上述の差に含まれると見なされる。領域５３乃至６０に対するｍの値が、図３の上図に示される値を持ち、ＮＡ２で正規化された開口数として表される環状領域５３乃至６０及び６２の径方向の程度が、各々、０．２３９乃至０．３５２、０．３５２乃至０．４４９、０．４４９乃至０．５５６、０．５５６乃至０．８３０、０．８３０乃至０．８９３、０．８９３乃至０．９３６、０．９３６乃至０．９７１、０．９７１乃至１．００である場合に、所望の球面収差を達成することが出来る。
【００２２】
光学素子により第２の放射ビームに生じる波面ずれは、図３の下図においてカーブ６６により示されている。垂直軸に沿うＯＰＤは、λ２の単位で与えられている。破線カーブ６７及び６８は、記録担体の透明層の厚さの差に起因する球面収差の差である。この球面収差の差は、ＮＡ２＝０．５まで、即ち、第２のタイプの記録担体を走査する第２の放射ビームの開口数まで光学素子１６により補償されなければならない。下図は、段が付けられた波面６６が全体的に所望の球面収差６７を近似することを示している。しかしながら、この近似は、局所レベルにおいては、即ち、各同心領域のレベルにおいては正確ではない。即ち、各領域は平坦な波面ずれを与えるが、該領域に対する所望の波面ずれは実際には平坦ではない。局所レベルにおけるこの不一致（ｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙ）により、やはりλ２の単位である焦点スポット４７付近の波面である、下図における鋸歯状の線６９により示されるように、球面収差の補正は完全ではない。この波面は、補正されるべき波面６７と光学素子の実際の波面補正６６との間の差である。波面６９を、光学素子１６が第２の放射ビームに波面ずれを生じさせない場合に焦点スポット４７付近に現れるであろう波面６７と比較されたい。光学素子１６の補正は、０．６８λ２から０．１６λ２にピークの波面ずれを低減し、０．２３４λ２から０．０４４λ２にＲＭＳ ＯＰＤを低減している。第１のタイプの記録担体１を走査する焦点スポット２１のポイントスプレッド関数（ＰＳＦ）の半値半巾（ＦＷＨＭ）は０．５７μｍに等しい。第２のタイプの記録担体４０を走査する焦点スポット４７のＦＷＨＭは、０．８１μｍに等しい。これは、０．５０のＮＡを持つ記録担体４９を走査するために特別に設計された対物レンズ系により形成される焦点スポットのＦＷＨＭに等しい。
【００２３】
段差構造を持つ光学素子は、ラッカー層、例えば、ジアクリル（Ｄｉａｃｒｙｌ）を基盤上に堆積させ、モールドにより整形し、ＵＶ照射により硬化させるいわゆる複製処理を用いることにより作製されても良い。他の例によれば、光学素子は、片側に段差構造の外形が設けられたモールド内において素子全体を射出成形することにより作製されても良い。光学素子は、反射的に作用されても良い。この場合、ｈ１に関する上述の式を、ｈ１＝λ１／２により置き換え、これに応じて表Ｉを変更しなければならない。
【００２４】
光学素子１６による第２の放射ビームの完全ではない補正は、検出系２５による記録担体４０から戻ってくる放射ビームの検出に影響を及ぼす。光学素子１６から到来し、検出システムに向かって進んでくるビームの波面が平坦である場合、コリメータレンズ１４は、光軸及び検出システムの交点に正確に該ビームを構成するように光線を焦点合わせするであろう。しかしながら、記録担体４０から戻り、検出系２５に入射する放射ビームは、その波面が図３の下図の鋸歯プロファイル６９を示す。光学素子は、波面の位相エラーを実質的に低減しているが、波面の勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）、即ち、傾斜（ｓｌｏｐｅ）を変化させない。波面上の局所法線は放射ビームにおける光線の方向であるため、光線の方向を、鋸歯プロファイル６９上の法線から見出すことが出来る。約０．３５よりも小さいＮＡを持つ光線は、図において右手側に向けられ、より大きなＮＡを持つ光線は左手側に向けられる。図４Ａは、検出系の平面における結果としての放射分布７０を示している。この分布は、中心において最大強度を持ち、該中心から離れるに連れ減少する。破線円７１は、ＮＡ２よりも小さな開口数を持つ光線が位置し、検出系により捕捉されるべき円である。この円の外側の光線は、ＮＡ２より大きな開口数を持ち、検出系により生成される電気信号におけるノイズを生じることとなり、装置の許容誤差を低減させる。検出系が円７１内の光線しか捕捉しないように該検出系を構築することは難しい。
【００２５】
本発明は、上述の従来の段差構造を変形することによりこの問題を解決する。本発明による段差構造の断面が、図５の上図に示されている。この構造は、図３に示される段差構造におけるように、領域５４乃至５７において水平の上部を持つ。領域５８’、５９’及び６０’は、水平の上部に代えて、斜めの上部を持つ。同様に、領域６２’は、斜めの上部を持つ。図５の中図は、第１の放射ビームに関する波面６５’が全体的に、透明層３を横切る際に該第１の放射ビームが被る球面収差の補償に必要とされる平坦な波面を近似することを示している。しかしながら、局所的には、補償は、各領域が実質的に平坦な波面を形成する領域５３乃至５７についてのみ正しい。補償は、図に描かれているように、波面に小さな鋸歯を示す領域５８’乃至６０’及び６２’については完全ではない。この不完全な補償は、スポット２１のいわゆるＳｔｒｅｈｌ強度を１．００から０．９３に低減する。これは、記録担体２を走査するスポットのかなり小さな劣化である。
【００２６】
図５の下図は、第２の放射ビームに関する領域のＯＰＤを示している。領域５３乃至５７の補償は、従来の段差構造の補償と同様に完全ではない。段差構造の領域５８’乃至乃至６０’及び６２’における上部の斜め（ｓｌａｎｔｉｎｇ）の程度は、球面収差の差６７に局所的に等しい波面を形成し、これにより、完全に近い補償を与えるように選択されている。これらの上部は、直線に代わりカーブを付け、波面とのより良好な整合を提供するようになされても良い。良好な補償が、図において、開口数０．３５と０．５との間の平坦な波面６９により示されている。球面収差に関する波面特性に大きな勾配をもたらす、領域６３における、即ち、ＮＡ２より大きな開口数を持つ光線に対する補償はない。領域６０’から領域６１への補償の遷移により、波面の勾配における不連続性（ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）が生じる。これは、下図において、ＮＡ２＝０．５０におけるＯＰＤ６９’においての湾曲部により示される。約０．３５より小さなＮＡを持つ光線は、図において右手側に向けられる。０．３５及び０．５０の間のＮＡを持つ光線は、光軸に向けられ、検出系２５に適切に合焦する。０，５０よりも大きなＮＡを持つ光線は図において左手側に向けられる。
【００２７】
図４Ｂは、本発明による段差構造を用いる場合の第２の放射ビームの検出系２５の平面における放射分布７０’を示している。この分布は、暗い輪７４により分離された、中央部分７２及び環状部分７３を含む。ＮＡ２より小さな開口数を持つ光線は、中央部分７２に制限される。より大きな開口数を持つ光線は環状部分７４に入る。本発明による段差構造は、第２の放射ビームに対し検出系の平面における開口数を適切に規定し、望ましい及び望ましくない光線の精度の高い空間フィルタリングを可能にする。暗い輪は、検出系の放射感応領域の実際の寸法に実質的に無関係に、検出系の適切な位置決めを可能にする。
【００２８】
図５に示される段差格子（ｐｈａｓｅ ｇｒａｔｉｎｇ）の実施例は、第２の放射ビームの適切な球面収差補償を供するために適応された領域５８、５９、６０及び６２を持つ。この補償を供する領域の数は、より多くてもより少なくても良く、１つの領域の一部に限定されても良い。領域の数の増加は、第２のタイプの記録担体を走査するスポット４７の品質を向上させ、領域の数の減少は、第１のタイプの記録担体を走査するスポット２１の品質を向上させるであろう。図６は、本発明による段差構造の二つの別の実施例のＯＰＤを示している。図６Ａにおいては、１つの領域６２だけが適応されている。領域６１のＯＰＤ６４は、第１の放射ビームの波面６５の鋸歯形状をもたらす。図６Ｂにおいては、領域５４乃至６０及び６２が適応されている。波面６５は、図６Ａにおける波面と比較して著しく劣化している。表ＩＩは、先の段落において述べられた段差格子の三つの実施例に関する、スポット２１及び４７のＳｔｒｅｈｌ強度の低減として表される波面の劣化を示している。
【００２９】
表ＩＩ
【表２】
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【００３０】
表ＩＩは、適応された領域の数の増加が、ＣＤに関するスポット４７のＳｔｒｅｈｌ強度を増加させ、ＤＶＤに関するスポット２１のＳｔｒｅｈｌ強度を減少させることを示している。迷光の抑制を得るために、０．９５ＮＡ２及びＮＡ２の間の開口数を持つ領域が適応されるべきである。しかしながら、図６Ａに示されるもの等、斯様な段差を用いる場合に検出系により依然インターセプトされる迷光の量は、この段差構造を用いる装置を高性能のアプリケーションにそれ程適さないものにする。図５及び図６Ｂの実施例等の、０．９０ＮＡ２及びＮＡ２の間の開口数を持つ領域の適応は、インターセプトされる迷光の量を些末なように小さくする。それ故、迷光の抑制が、好ましくは、多くても０．９５ＮＡ２からＮＡ２まで、より好ましくは、多くても０．９０ＮＡ２からＮＡ２までの開口数を持つ区域内の各領域又は該領域の一部を適合させることにより達成されるべきである。種々の実施例間での選択は、検出系における許容可能な迷光の量及びスポット２１の所望の品質に依存する。
【００３１】
段差格子は、図１の実施例においては平面５０上又は平面５０内に配設されているが、コリメータレンズ１４、とりわけキューブビームスプリッタである場合にビームスプリッタ１３、又は対物レンズ系１８、好ましくは放射源１０に面する該系のレンズの表面上等、如何なる光学素子上又は内に配設されても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査装置を示す。
【図２】従来の段差構造を持つ光学素子を示す。
【図３】従来の光学素子の断面並びに二つの異なる波長λ１及びλ２に関する該光学素子の光学経路差を示す。
【図４Ａ】従来の段差構造に関する検出系の平面における放射分布を示す。
【図４Ｂ】本発明による段差構造に関する検出系の平面における放射分布を示す。
【図５】本発明による光学素子の断面並びに二つの異なる波長λ１及びλ２に関する該光学素子の光学経路差を示す。
【図６Ａ】段差構造の他の実施例の断面を示す。
【図６Ｂ】段差構造の更に他の実施例の断面を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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