(57)【要約】本発明は、走査デバイスに次の特徴を提供する。系は、それが、書き込み動作中に速い波長変動に起因する色収差に関して補正されるので、第一の形式の記録担体にデータを書き込むことが可能である。それは、例えば単一ステップの複製工程でそれを製造してもよいような、おおよそ鋸歯状のパターンをもつ回折素子を有する。系は、第一の光記録担体（例えばＤＶＤ）を走査することに関して高い効率を、及び第二の光記録担体（例えばＣＤ）を走査することに関して許容可能な効率を有する。また、レンズは、制限された球面収差の色収差を提供し、このように系は、波長変動に対処することができる。
2004514232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ第一の波長λ１及び第二の波長λ２の放射によって第一及び第二の情報層の深さを有する第一及び第二の光記録担体を走査する光走査デバイスであって、
前記デバイスは、前記第一の形式の光記録担体を読み取る及び書き込むことが可能であり、
前記デバイスは、少なくとも一つの屈折素子及び少なくとも一つの回折素子を有すると共に前記第一の波長λ１に対してＮＡ＞０．６０の開口数ＮＡを有する対物レンズを含み、
前記回折素子は、略鋸歯状の素子のパターンを含み、
前記対物レンズの回折及び屈折特性は、前記第一の波長の放射を透過させると共に前記第一の厚さの光記録担体に集束させるように、前記第二の波長の放射を透過させると共に前記第二の厚さの光記録担体に集束させるように、及び５ｎｍの波長λ１における変動が０．０３λ１以下の球面収差の色収差に帰着するように、選択される光走査デバイス。
【請求項２】
６２０ｎｍ＜λ１＜７００ｎｍ及び７４０ｎｍ＜λ２＜８２０ｎｍである請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項３】
前記回折及び屈折特性は、さらに、Δλ＝２ｎｍのλ１における変動によるデフォーカスの量が０．０３λ１以下であるように選択される請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項４】
前記鋸歯状のパターン素子は、少なくとも１０μｍの幅を有する請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項５】
前記光記録担体のΔｄの情報層の深さにおける差は、０．５及び０．７ｍｍの間であり、
前記回折及び屈折特性は、さらに、Δｄによって引き起こされる球面収差が、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査する波長λ１及びλ２並びに回折次数ｍ１及びｍ２の使用によって引き起こされる前記回折素子の球面収差によって、実質的に補償されるように選択され、０．０３λ２より良好な、λ２による前記第二の形式の記録担体の走査に対する補償の確度を達成する請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項６】
前記回折及び屈折特性は、さらに、それぞれ少なくとも９５％及び３５％の、波長λ１及びλ２の放射による前記第一及び第二の形式の記録担体の走査の回折効率が達成されるように選択される請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項７】
前記波長λ１の第一の放射及び第二の波長λ２に対する次の回折次数ｍ１及びｍ２、即ち（ｍ１，ｍ２）＝（−１，−１）、（−２，−２）、（−３，−２）、（−３，−３）又は（−４，−３）の一つは、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査するために使用される請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項８】
前記鋸歯状のパターン素子は、少なくとも５０μｍの幅を有し、それぞれ波長λ１及びλ２の放射で前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査する回折次数ｍ１及びｍ２の次の組み合わせ（ｍ１，ｍ２）＝（−３，−２）及び（−４，−３）の一つの使用に適合する請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項９】
前記対物レンズは、高分散ガラス材料を含む請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項１０】
前記対物レンズは、前記第一及び第二の形式の記録担体の走査に対して無限−共役モードで使用される請求項１記載の光走査デバイス。
【請求項１１】
それぞれ第一及び第二の波長λ１及びλ２の放射によって第一及び第二の形式の光記録担体を走査する光走査デバイスであって、
前記デバイスは、少なくとも一つの屈折及び一つの回折素子を有する光学対物レンズを含み、
前記屈折及び回折特性は、波長λ１及びλ２の回折次数ｍ１及びｍ２が、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査するために使用されるように選択され、
（ｍ１，ｍ２）は、次の組み合わせ（ｍ１，ｍ２）＝（−２，−２）、（−３，−２）、（−３，−３）又は（−４，−３）の一つである光走査デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光学対物レンズを含む光走査デバイスに関する。より具体的には、必ずしも排他的ではないが、本発明は、同じ光学対物レンズ系を使用して、異なる波長のレーザー放射で、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）のような、二つの異なるタイプの光記録担体からのデータを、それぞれ書き込む及び読み取ることが可能である光走査デバイスに関する。
【０００２】
光走査デバイスが異なる形式の光記録担体を記録し再生することが可能であることは望ましい。ＣＤは、とりわけ、ＣＤＡ（ＣＤ−オーディオ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−リードオンリーメモリ）、ＣＤＲ（ＣＤ−レコーダブル）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（ＮＡ）で走査されるように設計され、ＤＶＤは、６６０ｎｍの領域の波長で走査されるように設計される。ＤＶＤを読み取るために、０．６のＮＡが、一般に使用される一方で、ＤＶＤに書き込むために、０．６５のＮＡが、一般に要求される。
【０００３】
ＤＶＤ及びＣＤは、それらの透明な基板の厚さにおいて異なり、異なる情報層の深さを提供する。ＤＶＤに関する情報層の深さは、約０．６ｍｍである一方で、ＣＤに関する深さは、約１．２ｍｍである。このように、ＣＤが、ＤＶＤに関して最適化された対物レンズをもつ光走査デバイスで読み取られるとすれば、大量の球面収差が、情報層で結果として生じる。約０．４５から０．３８までＣＤ−ＲＯＭを読み取るための開口数（ＮＡ）を減少させることにより、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤの両方を読み取るために、単一の対物レンズ系及び６６０ｎｍの波長のレーザービームを使用するとき、この効果を補償することは可能であり、ＣＤ−ＲＯＭの上に蓄積された情報の適切な再構成に対する限界内に球面収差をあることを引き起こす。しかしながら、加えて、ＣＤ−Ｒを、光走査デバイスによって走査しなければならないとすれば、７８０ｎｍのレーザービームを、ＣＤ−Ｒが具体的にその波長で書き込む及び読み取るために設計されるので、当てなければならない。ＣＤ−Ｒについては、有機染料が、記録フィルムとして使用され、その反射の特徴は、波長と共に著しく変化する。ＣＤ−Ｒの上に蓄積された情報を再構成するために、６６０ｎｍの反射された放射に対して十分な変調を達成することは困難である。ＤＶＤに対して使用されるのと同じ対物レンズでＣＤを読み取るために７８０ｎｍのレーザービーム及び０．４５のＮＡを使用することは、大きな球面収差を引き起こす。従って、単一の光学対物レンズと共に６６０ｎｍ及び７８０ｎｍのレーザー放射を使用して、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤを読み取る及び／又は記録することが可能である光記憶デバイスを達成するために、何かの方法で球面収差を補償しなければならない。
【０００４】
同じ対物レンズで異なる波長のレーザー放射の使用により、ＤＶＤ及びＣＤを読み取ることが可能である系は、当技術において知られている。ＷＯ９９／５７７２０は、回折素子を含む、二つの屈折非球面又は一つの非球面及び一つの屈折球面のいずれかを有する成型されたプラスチックレンズを使用する、このような系を記載している。レンズは、色収差と同様に、二つのディスク形式に対する厚さの差によって引き起こされる球面収差を補正することが可能である。しかしながら、プラスチックを適用する主な欠点は、その大きな温度感度、及びその大きな分散、又は同等に、低いアッベ数である。温度の関数としてのプラスチックに関する屈折率の変化は、ガラスに関するものよりも約１０倍大きい。大きな分散は、波長変動に対する大きな感度を意味する。光記憶デバイスにおいて、いくつかの波長変化の源、大量生産されたレーザーに対するレーザー波長における広がり
【０００５】
【数１】
2004514232.tif 000003
、レーザーの帯域幅
【０００６】
【数２】
2004514232.tif 000004
、出力電力に対する波長依存性
【０００７】
【数３】
2004514232.tif 000005
がある。
【０００８】
特に、不可能でないとすれば、最後の論点は、再書込み可能な系において屈折プラスチックレンズの適用を非常に困難にする。書き込み動作中に、レーザーは、数マイクロ秒で低いパワーから高いパワーまで切り替り、波長変化及び分散によりデフォーカスを引き起こす。焦点アクチュエーターの機械的な帯域幅は、低すぎるので、このデフォーカスを補償することができず、結果としてデータは、適切に書き込まれない。この問題を回避するために、高いアッベ数をもつガラスが、通常選択されるが、それは一般的に高価なものである。
【０００９】
複製工程中で製造される従来のガラスレンズに関しては、レーザー波長における広がりは、一般的にそれが導入する静止したデフォーカスをレンズアクチュエーターが補償することができるので、一般には問題ではない。他方では、回折又はハイブリッドレンズにおいて、この広がりは、それがデフォーカスだけでなく球面収差の色収差もまたもたらし、よってレンズの性能を制限するので、潜在的な問題である。
【００１０】
また、ＷＯ９９／５７７２０は、対物レンズの開口数によりＤＶＤ形式の光記録担体にデータを書き込むことが可能である系を記述しない。ディスク当たり４．７ギガバイトを実現するのに十分な密度で適切にデータを書き込むために、ＮＡを、一般には０．６０から０．６５まで増加させなければならない。開口数におけるこの増加は、球面収差、速い波長変動によるデフォーカス、及び球面収差の色収差に関して補正される、ＤＶＤにデータを読み取る及び書き込むこと並びにＣＤを走査することが可能である系に対する対物レンズの設計を、はるかにより困難にする。プラスチック材料で作られる高ＮＡのレンズを、小さな曲率半径、及びレンズを製造することを本質的により困難にすると共により高価にする、一つよりも多い非球面、のみで実現することができる。
【００１１】
米国５３４９４７１において、高い分散よって低いアッベ数のガラスで作られる、光データ記憶系における使用のための回折／屈折ハイブリッドレンズが記載されている。結果として生じる増加した縦の色収差は、回折レンズ素子によって補償される。記載された対物レンズは、例えば、レーザーダイオードの２０ｎｍの波長範囲を超える波長変動及び１０ｎｍまでの帯域幅を補正することができる。しかしながら、レンズは、異なる厚さの光記録担体からデータを読み取る及び書き込むことが可能ではない。
【００１２】
米国５８３８４９６には、回折多焦点対物レンズが記載されている。第一の焦点は、より低い回折次数の放射によって形成されるのに対して、より高い回折次数の放射は、第一の焦点よりもレンズに近い光軸上の第二の焦点に収束する。加えて、レンズは、色収差を補償し、よって異なる厚さの透明な基板をもつ光ディスクからのデータを書き込む及び読み取ることが可能である。しかしながら、その系は、それが光走査デバイスにおける同じ対物レンズでＤＶＤ、ＣＤ−Ａ、ＣＤ−Ｒ及びＣＤＲＯＭ形式のデータを走査することができることが必要とされるような二つの異なる波長の放射の使用に対して設計されてない。
【００１３】
ＥＰ９３６６０４は、二つの異なる波長のレーザー放射でＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ及びＣＤ−ＲＯＭ形式のディスクを読み取る及び書き込むことに適切な光ピックアップデバイスを記載している。この目的のために、その中央領域に第一の回折素子及びその周辺領域に異なる格子構造をもつ第二の回折素子を有する光学素子が対物レンズに加えて使用される。階段の格子断面形状が、回折素子として選ばれてきた。光学素子の中央領域は、どんな変化もなく第一の波長のレーザー放射の透過を許容し、第二の波長のレーザー放射の直径を増加させる。また周辺領域は、どんな変化もなく第一の波長のレーザー放射の透過を許容し、同時に、第二の波長の放射がスポット形成に寄与することをを防止する。このように、第二の波長の放射の使用に対するＮＡを所望の値まで減少させる。
【００１４】
記載されている系の不都合は、フォトリソグラフィー工程で通常製造される階段の格子断面形状が選ばれてきたことである。複製工程において小さな寸法の階段の格子断面形状を製造することは困難である。記載されている系のさらなる不都合は、追加の光学素子が、異なる回折特性をもつ二つの領域を含むことであり、このようなデバイスの製造をより複雑にする。
【００１５】
本発明の目的は、光記録担体を走査するための改善された光走査デバイスを提供することである。
【００１６】
本発明の一つの態様によれば、それぞれ第一の波長λ１及び第二の波長λ２の放射によって第一及び第二の情報層の深さをもつ第一及び第二の光記録担体を走査するための光走査デバイスが提供され、ここで好ましくは、６２０ｎｍ＜λ１＜７００ｎｍ及び７４０ｎｍ＜λ２＜８２０ｎｍであり、前記デバイスは、前記第一の形式の光記録担体を読み取る及び書き込むことが可能であり、そのデバイスは、少なくとも一つの屈折素子及び少なくとも一つの回折素子（１１）並びに前記第一の波長λ１に対してＮＡ＞０．６０の開口数ＮＡをもつ対物レンズ（１０）を含み、前記回折素子は、おおよそ鋸歯状の素子のパターンを含み、ここで、対物レンズの回折及び屈折特性は、前記第一の波長の放射を透過させると共に前記第一の厚さの光記録担体に集束させるように、前記第二の波長の放射を透過させると共に前記第二の厚さの光記録担体に集束させるように、及び、５ｎｍの波長λ１における変動が０．０３λ１以下の球面収差の色収差に帰着するように、選択される。
【００１７】
このように、それぞれ第一及び第二の波長で第一及び第二の厚さの記録担体におけるデータを走査することが可能である光走査デバイスが達成される。対物レンズは、波長λ１の平行なビームをＮＡ＞０．６０の収束するビームに変化させるように設計され、系が、高密度にデータを書き込むことが可能であることを保証する。
【００１８】
本発明は、走査デバイスに次の特徴を提供することが可能である。
【００１９】
系は、それが書き込み動作中の速い波長変動に起因する色収差に関して補正されるので、第一の形式の記録担体にデータを書き込むことが可能である。
【００２０】
それは、それを例えば単一ステップの複製工程で製造してもよいような、おおよそ鋸歯状のパターンをもつ回折素子を有する。
【００２１】
系は、第一の光記録担体（例えばＤＶＤ）を走査することに関して高い効率を、及び第二の光記録担体（例えばＣＤ）を走査することに関して許容可能な効率を有する。また、レンズは、制限された球面収差の色収差を提供し、このように系は、波長変動に対処することができる。
【００２２】
好ましくは、回折及び屈折特性が、さらに、Δλ＝２ｎｍのλ１における波長変動によるデフォーカスの量が０．０３λ１以下であるように、選択される。
【００２３】
これは、書き込み動作中にレーザーのパワーを切り替えることの結果として速い波長変動によるデフォーカスの量が、これらの速い波長変動から発生するデフォーカスを焦点アクチュエーターによって補償することができないので、制限されることを保証する。
【００２４】
好ましくは、鋸歯状のパターン素子は、少なくとも１０μｍの幅を有する。
【００２５】
これは、単一ステップの複製工程において容易な製造可能性を保証する。
【００２６】
格子の構造を、有限の大きさの旋盤用バイトによって型に組み込んでもよい。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、それぞれ第一及び第二の波長λ１及びλ２の放射によって第一及び第二の形式の光記録担体を走査するための光走査デバイスが提供され、そのデバイスは、少なくとも一つの屈折及び一つの回折素子をもつ光学対物レンズを含み、ここで、波長λ１及びλ２の回折次数ｍ１及びｍ２が、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査するために使用されるような屈折及び回折特性が選択され、（ｍ１，ｍ２）は、次の組み合わせ（ｍ１，ｍ２）＝（−２，−２）、（−３，−２）、（−３，−３）又は（−４，−３）の一つである。
【００２８】
このように、それぞれ第一及び第二の波長λ１及びλ２の放射によって第一及び第二の厚さの光記録担体を書き込む及び読み取ることが可能である高度に適切なデバイスを達成することができる一方で、（−１，−１）の先行技術の解は、除外される。
【００２９】
ここで本発明の実施例を、添付する図面を参照して、例によってのみ、記載することにする。
【００３０】
図１は、光記録担体１を走査するための以下に記載する実施例に一致するデバイスに共通な構成要素の概略的な実例である。記録担体１は、この実施例においては、以下に例によって記載するつもりであるような光ディスクである。
【００３１】
光ディスク１は、透明層２を含み、その一方の側面に少なくとも一つの情報層３が配置される。透明層から離れて面する情報層の側面は、保護層４によって環境上の影響から保護される。デバイスに面する透明層の側面は、ディスク入口面５である。透明層２は、一つ又は複数の情報層に対する機械的支持を提供することによって、光ディスクに関する基板の機能を果たす。代わりに、機械的支持が、情報層の他方の側面における層によって、例えば保護層４によって又はさらなる情報層によって提供され、透明層が最上部の情報層に接続されると同時に、透明層２は、情報層３を保護するというただ一つの機能を有してもよい。
【００３２】
情報を、図１に示してない実質的に平行な同心円又は螺旋のトラックに配置される光検出可能なマークの形態で、光ディスクの情報層３又は複数の情報層に蓄積してもよい。マークは、どんな光学的に読み取り可能な形態、例えばピット又は（それら領域の）周囲と異なる反射係数若しくは磁化の直接をもつ領域の形態、或いはこれらの形態の組み合わせであってもよい。
【００３３】
走査デバイスは、レンズ系に向かう発散する放射ビーム７で第一の波長及び第二の波長の放射を放出する、調整可能な半導体レーザー又は二つの個別の半導体レーザーを含む放射源６を含む。レンズ系は、光軸１３に沿って配置されるコリメーターレンズ９及び対物レンズ１０を含む。コリメーターレンズ３は、放射源６から放出される発散するビーム７を実質的にコリメートされたビーム１５に変換する。対物レンズ１０は、パターン１１１によって図面に示すと共に以下により詳細に記載するつもりである回折素子を含む。対物レンズ１０は、入射のコリメートされた放射ビーム１５を、選択されたＮＡを有する、収束するビーム１４に変換し、それは情報層３におけるスポット１８に届く。データ信号及び対物レンズ１０の軸上の位置を機械的に調節するために使用される焦点誤差信号を検出するために、検出系１６、第二のコリメーターレンズ１９、及びビームスプリッター８が提供される。
【００３４】
図１及び２Ａに示すような回折格子１１は、放射源に面する対物レンズ１０の側面に配置される。しかしながら、それを、代わりにレンズ１０の他方の表面に配置してもよい。
【００３５】
図２ａは、上述した走査デバイスにおける使用のための対物レンズ１０の概略的な実例である。走査デバイスは、第一の開口数ＮＡ１における第一の波長λ１のレーザー放射２１で、第一の厚さの透明な基板をもつ光記録担体を走査することが可能である。デバイスは、さらに、同じ光学対物レンズ１０を使用して、第二の開口数ＮＡ２における第二の波長λ２のレーザー放射２３で、第二の厚さの透明層をもつ記録担体を走査することが可能である。ＤＶＤ形式のディスクを、例えば６２０及び７００ｎｍの間における第一の波長λ１、好ましくはλ１＝６６０ｎｍのレーザー放射で走査してもよい。約０．６の開口数は、ＤＶＤを読み取るために使用され、０．６以上、好ましくはおおよそ０．６５、のＮＡは、ＤＶＤに書き込むために適用される。ＣＤ形式の記録担体は、０．５以下、好ましくは０．４５、の開口数における、例えば７４０及び８２０ｎｍの間における第二の波長λ２、好ましくはλ２＝７８０ｎｍのレーザー放射で走査される。対物レンズ１０は、それぞれＤＶＤ及びＣＤ担体の透明層の厚さ３１及び３３の差によって引き起こされる球面収差を補正する。レンズは、以下により詳細に記載するような球面収差の色収差及び色収差を同様に補正する。
【００３６】
本発明のこの実施例において、単一の対物素子を使用して（波長λ１及びλ２の放射によって）異なる形式のディスクにおけるデータを読み取る及び書き込むことは、無限―共役モードで、ハイブリッドレンズ、即ち回折及び屈折素子を組み合わせるレンズを使用することによって、達成される。このようなハイブリッドレンズを、屈折レンズの表面の一つに格子断面形状を適用することによって、形成することができる。製造することが容易であるロバストな高価でない解決方法を、ダイヤモンド旋削により型に回折構造を組み込むことによって、達成することができる。このように、レンズを単一ステップの複製工程で製造することができる。ダイヤモンド旋削デバイスの先端の寸法は、典型的には５μｍのまわりである。１０μｍよりも小さい構造は、このように製造することが困難であり、１０よりも大きい又は好ましくは２０μｍのパターン素子をもつ対物レンズを設計することは好都合である。好適な実施例において、高価でない高分散のガラスレンズを使用する。
【００３７】
図２ｂは、本発明の好適な実施例による回折構造を説明する対物レンズ１０の概略的な正面図である。環状の格子構造には、レンズの中心に向って徐々に増加する幅をもつ同軸の環形状のパターン素子のパターンが適用されてきたことがわかる。各パターン素子は、回折素子のいわゆる帯を定義する。
【００３８】
単一の対物レンズを使用して波長λ１及びλ２の放射でデータを走査することを、例えば、選択された第一の回折次数の放射λ１及び選択された第二の回折次数の放射λ２がスポット形成のために使用される方法で、対物レンズの回折素子を設計することによって達成してもよい。
【００３９】
階段の格子構造を適用することによって、ある一定波長の放射を、理想的には回折なしに回折素子を通じて透過させてもよく、このように十分に透過する零次の回折次数を、この波長でデータを走査するために使用することができる。しかしながら、鋸歯状の格子断面形状と比較して、このような階段の格子断面形状の構造は、はるかに小さい。このような階段の格子構造を、例えば単一ステップの複製工程で製造することは、ダイヤモンドバイトの有限の先端の寸法のために、構造の丸めにより透過効率における損失を引き起こすかもしれない。従って、鋸歯状のブレーズド格子の構造を、以下に記載する実施例に対して選んできた。この場合において、より高い回折次数ｍ１及びｍ２（ｍ１，ｍ２＞０）は、波長λ１及びλ２の放射で走査するために使用される。以下において、本発明の実施例によるレンズ設計を記載することにする。
【００４０】
ブレーズ高さｈをもつブレーズド回折素子に関して、波長λを使用するとき、ｍ次における回折効率は、
【００４１】
【数４】
2004514232.tif 000006
であり、それによってｓｉｎｃ（ｘ）は、ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（ｘ）／ｘとして定義され、ｎは、レンズ材料の屈折率である。効率ｅｆｆは、回折の過程による放射の強度の透過効率として定義される。光走査デバイスは、第一の形式の光記録担体でデータを読み取る及び書き込むことが可能であるべきであり、よって非常に高い回折効率が、波長λ１の放射に対して要求される。第二の形式の記録担体におけるデータを読み取ることができるために、それは、波長λ２の放射に対する適度に高い効率を達成するには十分である。従って、発明者等は、ｍ１次及び波長λ１でｅｆｆ＞９５％、並びにｍ２次及び波長λ２でｅｆｆ＞３５％、の回折効率を要求する。式（１）と一緒に、発明者等は、このようにして、関係式
【００４２】
【数５】
2004514232.tif 000007
を見つけた。
【００４３】
【数６】
2004514232.tif 000008
であるので、式（２）を、
【００４４】
【数７】
2004514232.tif 000009
によって近似することができる。
【００４５】
回折素子の分散は、屈折素子の分散よりもはるかに大きく、反対の符号を有する。このように色消しのハイブリッドレンズを、屈折及び回折素子を組み合わせることによって設計してもよい。Ｋ０を回折レンズのパワー、Ｋ１を屈折レンズのパワーであるとする。一つの回折及び一つの屈折素子をもつ色消しのハイブリッドレンズに関して、次の関係
【００４６】
【数８】
2004514232.tif 000010
が、満たされ、ここでＶｉは、アッベ数である。屈折及び回折の分散に対する反対の符号の結果として、格子断面形状は、λ１放射に使用される十分な開口にわたって広がるべきであり、より小さなλ２の開口に制限されるべきではない。従来のレンズにおいて、可能な波長変動の範囲は、レンズアクチュエーターによって機械的に補正することができる、ある量のデフォーカスを導入する。しかしながら、ハイブリッドレンズにおいては、全体的な分散は、はるかに大きい。λ２の開口の中央領域に制限されるその回折素子をもつレンズは、この中央領域及び周辺領域において異なる量のデフォーカスを経験するかもしれない。λ１の放射でデータを走査するために、中央領域及び周辺領域の両方を使用しており、スポットの劣化を回避するために、回折素子をこのように十分なλ１の開口にわたって広げる。
【００４７】
無限−共役様式で、波長λ１及びλ２の両方に対するレンズの動作を可能とするために、ディスクの厚さの差によって引き起こされる球面収差を、波長λ１及びλ２並びに回折次数ｍｌ及びｍ２の使用に起因する回折素子によって導入される球面収差によって補償する。
【００４８】
回転対称な回折素子を、
【００４９】
【数９】
2004514232.tif 000011
の形態の位相関数によって記載することができ、ｒは、半径方向の座標であり、Ａ及びＧは、それぞれ色及び球面収差に関係する回折のパワーの係数である。そして各帯が開始する位置ｒｉは、
【００５０】
【数１０】
2004514232.tif 000012
によって与えられる。
【００５１】
（弱いパワーを有する）回折素子によって発生する球面収差に寄与する主要な項は、
【００５２】
【数１１】
2004514232.tif 000013
であり、Ｆは、ハイブリッドレンズの焦点距離、ＮＡは、その開口数である。そして、λ１、ｍ１及びλ２、ｍ２で使用するとき、球面収差における差は、
【００５３】
【数１２】
2004514232.tif 000014
によって与えられる。
【００５４】
第一及び第二の形式のディスク間におけるディスクの厚さの差Δｄによって発生する球面収差は、
【００５５】
【数１３】
2004514232.tif 000015
であり、ｎｐは、ディスクの屈折率である。この収差を補償するために、発明者等は、δＷ＋ΔＷｄｉｓｃ＝０を目指し、よって式（８）及び（９）を使用して、
【００５６】
【数１４】
2004514232.tif 000016
である。
【００５７】
また、波長変動に対する系の感度は、好ましくは制限される。上述のように、大量生産されるレーザーに対する製造の公差による、波長における広がりは、約５乃至１０ｎｍである。ハイブリッドレンズに対して、これは、レンズのパワーにおける変化によるデフォーカスだけでなく球面収差の色収差もまた引き起こす。回折次数ｍ１の放射に対して波長変動Δλによる球面収差の色収差によって導入される光路差（ＯＰＤ）の平方二乗平均は、
【００５８】
【数１５】
2004514232.tif 000017
によって与えられる。
【００５９】
発明者等は、波長λ１でデータを走査するためにＯＰＤ＜０．０３λの制限された球面収差の色収差を要求する。λ２で走査するための開口数ＮＡが、λ１で走査するためのものよりも実質的に小さいので、波長λ２に対する球面収差の色収差は、あまり厳しくない。式（１０）及び（１１）を使用して、発明者等は、このようにして、
【００６０】
【数１６】
2004514232.tif 000018
を見つけ、よって、
【００６１】
【数１７】
2004514232.tif 000019
である。
【００６２】
λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝７８０ｎｍ、Δλ＝５ｎｍ、Δｄ＝０．６ｍｍ、ｎｐ＝１．５８及びＮＡ＝０．６５に対して、発明者等は、最終的に次の関係（｜ｍ１｜＞０に対して）
【００６３】
【数１８】
2004514232.tif 000020
を得る。
【００６４】
これを式（３）の効率の要求と組み合わせると、発明者等は、（｜ｍ１｜＞０に対して）
【００６５】
【数１９】
2004514232.tif 000021
を見つける。
【００６６】
正の帯の間隔（ｒｉ＞０）を有するために、係数Ａは、正でなければならない。さらに、回折素子のパワーＫ０は、
【００６７】
【数２０】
2004514232.tif 000022
によって与えられる。
【００６８】
レンズ設計を色消しにするために、Ｋ０は、正であるべきである。従って、ｍは、負であるべきである。そして、条件（１５）を満たす回折次数の組み合わせは、
【００６９】
【数２１】
2004514232.tif 000023
のみである。
【００７０】
最後に、発明者は、
【００７１】
【数２２】
2004514232.tif 000024
であるとき、そのときＡ／Ｇ＜０であることに注意する。Ａ／Ｇ＜０であるとき帯の間隔は、Ａ／Ｇ＞０であるときよりも大きい。より大きな帯の間隔は、それが素子の製造をより効率的にするので、好ましい。
【００７２】
次に光学対物レンズは、ＺＥＭＡＸＴＭのような商業的に入手可能なレンズ設計ソフトウェアの援助と共に設計され、それによって波長λ１及びλ２で走査するために使用される回折次数ｍ１及びｍ２は、式（１７）で与えられる解に一致して選択される。波長λ１及びλ２、焦点距離Ｆ、レンズの寸法等のような一組のパラメーターが指定され、レンズ設計は、結果として生じる量の速い波長変動によるデフォーカス、球面収差、及び球面収差の色収差を最小にするために、メリット導関数を使用するプログラムによって最適化される。
【００７３】
レンズ設計に関する次の五つの異なる例が記載されることにおいて、式（１７）に与えられる（ｍ１，ｍ２）の五つの解の各々に対するもの。
【００７４】
以下に記載される五つの実施例において、波長λ１＝６６０ｎｍ及びλ２＝７８０ｎｍの放射は、それぞれＤＶＤ及びＣＤ形式のディスクを走査するために使用される。ＤＶＤ及びＣＤ形式のディスクは、ポリカーボネートで作られ、λ１で１．５７９６及びλ２で１．５７３３の屈折率を有する。これらの例の光学系は、それぞれ波長λ１及びλ２の放射の平行なビームを、ＮＡ＝０．６５及び０．４５の収束するビームに、変化させる。全ての五つの実施例において、対物レンズは、一つの非球面及び一つの平面を有する。非球面は、凸面をもつガラスレンズ体の最上部に薄いアクリル層を適用することにより実現される。λ１−構成における作動距離ｆｗｄ１を、五つの例に対して表２に列挙する。レンズは、２．５３ｎｍの光軸上の厚さ及び３．５８ｍｍの入射瞳の直径を有する。レンズ体は、λ１に対してｎ＝１．７７５７の屈折率及び２６のアッベ数をもつＳＦＬ５６　Ｓｃｈｏｔｔ　ガラスで作られる。コリメーターレンズの方に向くレンズ体の凸面は、２．４３ｍｍの半径を有する。アクリ１ル層は、λ１に対してｎ＝１．５６４０の屈折率及び３０のアッベ数を有する。光軸上のこの層の厚さは、１９μｍである。回転対称な非球面の形状を、式
【００７５】
【数２３】
2004514232.tif 000025
によって記述することができ、ｚは、ミリメートルにおける光軸の方向での面の位置、ｒは、ミリメートルにおける光軸までの距離、及びＢｋは、ｒのｋ−乗の係数である。係数Ｂ２乃至Ｂ１６の値を、記載する五つの実施例に関して表１に列挙する。
【００７６】
回折構造によって導入される位相φ（ｒ）は、
【００７７】
【数２４】
2004514232.tif 000026
によって、与えられ、ここでｍは、回折次数、ｒは、ミリメートルにおける光軸までの距離であり、係数Ａ、Ｇ及びＨを、記載する五つの実施例に関して表２に列挙する。
【００７８】
回折素子によって導入される位相関数を、
【００７９】
【数２５】
2004514232.tif 000027
によって近似してもよい。
【００８０】
本発明の実施例において、係数Ａ及びＧは、好ましくは、次の条件
【００８１】
【数２６】
2004514232.tif 000028
を満たし、ここでＦは、焦点距離である。
【００８２】
より好ましくは、係数Ａ及びＧは、次の範囲
【００８３】
【数２７】
2004514232.tif 000029
にある。
【００８４】
波長λ２の放射に対して、入射瞳の直径ｅｐｄ２及び作動距離ｆｗｄ２を、五つの異なる例に関して表２に列挙する。レンズ体に関する屈折率は、λ２に対してｎ＝１．７６５８、アクリル層に関するものは、λ２に対してｎ＝１．５５８８である。
【００８５】
【表１】
2004514232.tif 000030
表１：屈折面を記述する係数
【００８６】
【表２】
2004514232.tif 000031
表２：回折面を記述する係数、入射瞳の直径における作動距離
表３は、五つの例の各々に対する結果として生じる特性を列挙する。
【００８７】
【表３】
2004514232.tif 000032
表３：（１７）に与えられる解の組みの例の特性
第一列は、それぞれ第一及び第二の波長λ１及びλ２に対して使用される回折次数ｍ１及びｍ２を与える。第二列には、デフォーカスの量が、Δλ＝２ｎｍの波長変動に対して与えられる。Δλ＝２ｎｍの非常に速い波長変動は、書き込みの工程中におけるレーザーのパワーの変化に起因する場合もある。結果として生じる量のデフォーカスは、全ての五つの実施例に関して０．０３λ１よりも少ない。これは、変動が速すぎるためにレンズを焦点合わせするアクチュエーター自体が結果として生じるデフォーカスを補償することができないとき、記録担体がλ１の放射で適切に書き込まれることを保証する。第三列は、例えばレーザーの製造の公差によって引き起こされるようなΔλ＝５ｎｍの波長変動によって引き起こされる球面収差の色収差の量を示す。結果として生じる値は、全て０．０３λ１以下である。第四及び第六列には、二つの波長λ１及びλ２の放射に関する回折効率が与えられる。第五列は、波長λ２での走査に対する、ディスクの厚さの差による、より高い次数の収差の量を与える。また、結果として生じる値は、波長λ２の放射で記録担体の適切な走査を保証する、０．０３λ２以下である。第七及び第八列には、対物レンズの帯の総数及び最も小さい帯の帯間隔が与えられる。
【００８８】
上述の実施例においてＤＶＤ及びＣＤ形式の担体を走査するための走査デバイスを記載する一方で、走査デバイスを、代わりに、走査される他のどんなタイプの光記録担体に対しても使用することができることを認識することができる。上述の実施例において６６０ｍｎ及び７８０ｎｍのレーザー放射を使用する一方で、光記録担体を走査するのに適切な他のどんな組み合わせの波長の放射を使用してもよいことを認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一つの実施例による、光記録担体に対する走査デバイスの構成要素の概略的な実例である。
【図２ａ】
第一の波長及び第一の開口数のレーザー放射で第一の厚さの光記録担体を、並びに第二の波長及び第二の開口数のレーザー放射で第二の形式の記録担体を、走査することが可能である走査デバイスにおける使用のための、単一の対物レンズの概略的な実例である。
【図２ｂ】
環形状の回折構造を示す対物レンズの正面図の概略的な実例である。
【国際公開パンフレット】
2004514232.tif 000033
2004514232.tif 000034
2004514232.tif 000035
2004514232.tif 000036
2004514232.tif 000037
2004514232.tif 000038
2004514232.tif 000039
2004514232.tif 000040
2004514232.tif 000041
2004514232.tif 000042
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2004514232.tif 000049
2004514232.tif 000050
2004514232.tif 000051
2004514232.tif 000052
2004514232.tif 000053
2004514232.tif 000054
2004514232.tif 000055
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514232.tif 000056
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514232.tif 000057
【国際調査報告】
2004514232.tif 000058
2004514232.tif 000059
2004514232.tif 000060
2004514232.tif 000061
2004514232.tif 000062
2004514232.tif 000063
2004514232.tif 000064
2004514232.tif 000065