(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の情報層及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１のタイプの記録担体と、第２の情報層及び第１の厚さと異なる第２の厚さの第２の透明層を有する第２の記録担体の２つのタイプの記録担体を走査する光学走査装置において、当該装置は放射ビームを発生する放射源と、放射ビームを第１の透明層を経て第１の情報層上で焦点に収束させるように設計されたレンズ系と、記録担体から反射された放射ビーム内に配置された検出システムと、放射源と検出システムとの間の光路内に配置された不透明リングと、放射ビームの最良焦点を第１の情報層上にほぼ位置させるとともに前記放射ビームの近軸焦点を第２の情報層上にほぼ位置させる位置調整手段とを具え、前記リングの内側円の半径は０．７５ｒ1〜１．２５ｒ1の範囲内にあり、
ここでｒ1は、
0003804984.tif 000011
で与えられ、λは放射ビームの波長、ｎは第２透明層の屈折率、Δｄは第１の厚さと第２の厚さとの差、ｒ0はリングの位置における放射ビームの半径、及びＮＡ0はレンズ系により収束される放射ビームの開口数であることを特徴とする光学走査装置。
【請求項２】
前記リングは放射源から記録担体への放射ビーム内及び記録担体からの放射ビーム内に配置され、該リングは０．０５ｒ0〜０．２５ｒ0の範囲内の幅を有することを特徴とする請求項１記載の光学走査装置。
【請求項３】
前記リングは記録担体からの放射ビーム内にのみ配置され、該リングは０．１５ｒ0〜０．２５ｒ0の範囲内の幅を有することを特徴とする請求項１記載の光学走査装置。
【請求項４】
第１の情報層及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１のタイプの記録担体と、第２の情報層及び第１の厚さと異なる第２の厚さの第２の透明層を有する第２の記録担体の２つのタイプの記録担体を光学的に走査する方法において、第１のタイプの記録担体を走査するとき、放射ビームをレンズ系により第１の透明層を経てほぼ第１の情報層上で最良焦点に収束させるステップと、第２のタイプの記録担体を走査するとき、放射ビームを前記レンズ系により第２の透明層を経てほぼ第２の情報層上で近軸焦点に収束させるステップと、記録担体から反射された放射を検出システムに収束させるステップと、放射源と検出システムとの間の光路内に配置された不透明リングにより反射ビームの一部分が検出システムに到達するのを阻止するステップとを具え、前記リングの内側円の半径は０．７５ｒ1〜１．２５ｒ1の範囲内にあり、
ここでｒ1は、
0003804984.tif 000012
で与えられ、λは放射ビームの波長、ｎは第２透明層の屈折率、Δｄは第１の厚さと第２の厚さとの差、ｒ0はリングの位置における放射ビームの半径、及びＮＡ0はレンズ系により収束される放射ビームの開口数であることを特徴とする走査方法。
【請求項５】
第１のタイプの記録担体の走査時に記録担体から反射された放射ビームの断面の少なくとも外側環状部分内の放射から最良焦点誤差信号を形成するステップと、第２のタイプの記録担体の走査時に主として外側環状部分内の中心部分内の放射から近軸焦点誤差を形成するステップと、レンズ系の位置を第１のタイプの記録担体の走査時には最良焦点誤差信号に応答して、第２のタイプの記録担体の走査時には近軸焦点誤差信号に応答して制御するステップとを具えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１のタイプの記録担体の走査時に記録担体から反射された放射ビームのほぼ全断面内の放射から情報信号を発生させるステップと、第２のタイプの記録担体の走査時に前記断面の中心部分内の放射から情報信号を発生させるステップとを具えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、第１の情報層及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１のタイプの記録担体と、第２の情報層及び第１の厚さと異なる第２の厚さの第２の透明層を有する第２の記録担体の２つのタイプの記録担体を走査する光学走査装置であって、放射ビームを発生する放射源と、放射ビームを第１の透明層を経て第１の情報層上で焦点に収束させるように設計されたレンズ系とを具える光走査装置に関するものである。本発明は、第１又は第２のタイプの記録担体を光学的に走査する方法にも関するものである。走査は、記録担体の情報の書込み、読取り及び／又は消去を行うものである。
光記録担体の透明層は、一般に、情報層を周囲の影響から保護する機能を有するとともに記録担体の機械的支持体を与え、即ちこの層は情報層の基板として作用する。透明層の厚さは記録担体の所望の剛性と情報層の走査に使用する放射ビームの開口数との間で妥協させる必要がある。新しいタイプの記録担体において情報層の記憶密度を増大させるために開口数が増大されている場合には、ディスク傾きが放射ビームの質に及ぼす影響を減少させるために透明層の厚さを減少させることがしばしば必要となる。従って、異なる厚さの透明層を有する種々のタイプの記録担体が市場に出回ることになる。コンパチブルレコードプレーヤは、透明層の厚さと関係なく、種々のタイプの記録担体を走査しうる必要がある。
放射ビームは透明層を経て情報層を走査するが、透明層が放射ビームにいわゆる球面収差を導入する。この球面収差は、放射ビームをその焦点近くにおいてほぼ無球面収差にするレンズ系内で補償することができる。第１の厚さの透明層を補償するレンズ系を第２の異なる厚さの透明層を有する記録担体の走査に使用する場合には、球面収差の補償不足又は過補償のためにフォーカスの質が悪化する。
未公開の国際特許出願ＩＢ９６／００１８２に、第１及び第２のタイプの光記録担体を走査する装置が記録されている。この装置は放射ビームを第１の透明層を経て第１の情報層上で最良焦点に収束させるように設計されたレンズ系を使用する。第２のタイプの記録担体の走査時には、レンズ系は近軸焦点を第２の情報層上に形成する。ビームの最良焦点は最高強度を有するビーム軸上の点である。ビームの近軸焦点はビームの近軸光線が収束するビーム軸上の点である。記録担体から反射された放射は放射感応検出システムにより検出される。第１のタイプの記録担体の走査時には、検出システムは反射ビーム内の全放射又は反射ビームの断面の外側環状部分内の放射を使用する。第２のタイプの記録担体の走査時には、検出システムは放射ビームの断面の中心部分からの放射のみを検出する。レンズ系は放射ビームを第２の透明層の厚さを経て収束させるように設計されていないので、放射ビームは第２の透明層の通過中に補正されない球面収差を有する。検出をビームの中心部分内の光線に限定することにより、ビームの外側環状部分内の強い収差を受けた光線が検出システムの出力信号に及ぼす影響が減少する。
本発明の第１の特徴は、第１の情報層及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１のタイプの記録担体と、第２の情報層及び第１の厚さと異なる第２の厚さの第２の透明層を有する第２の記録担体の２つのタイプの記録担体を走査する光学走査装置において、当該装置は放射ビームを発生する放射源と、放射ビームを第１の透明層を経て第１の情報層上で焦点に収束させるように設計されたレンズ系と、記録担体から反射された放射ビーム内に配置された検出システムと、放射源と検出システムとの間の光路内に配置された不透明リングと、放射ビームの最良焦点を第１の情報層上にほぼ位置させるとともに近軸焦点を第２の情報層上にほぼ位置させる位置調整手段とを具えることを特徴とする。
一般に、前記リングは上述の環状部分及び中心部分と同心のリングであって、放射ビーム断面内の中心部分と外側環状部分との間の中間部分を形成するものとする。このリングはレンズ系の環状部分と中心部分とを分離するリング状部分に配置することができる。
レンズ系が放射ビームを第１の透明層を経て収束する場合には、ビームの環状部分内の光線又は環状部分と中心部分を合わせた部分内の光線が第１の透明層の通過中に受ける球面収差に対し補正され、最良焦点を形成する。フォーカスサーボシステムのような位置調整手段が少なくとも環状部分内の光線に含まれる情報を用いて最良焦点を情報層上に位置させる。
レンズ系が放射ビームを第２の透明層を経て収束する場合には、ビームの中心部分内の光線が近軸焦点を形成する。位置調整手段が中心部分内の光線に含まれる情報を用いて近軸焦点を情報層上に位置させる。環状部分内の光線は補正されてない球面収差のために大きな角度偏差を有する。従って、これらの光線は記録担体から反射された後に比較的小さな検出システムによりインターセプトせれないようにして、検出システムにより形成される電気信号に影響を与えないようにすることができる。しかし、中心部分と環状部分との間の中間部分内の光線は比較的小さい角度偏差を有し、依然として検出システムに入射し、これらの光線は第２のタイプの記録担体に対し適切に球面収差補正されないので、検出システムにより形成される検出信号の質を低下させる問題がある。
本発明の走査装置では、この問題は、放射源と検出システムとの間の光路内に不透明リングを設けることにより解消されている。”不透明”とは、リングに入射した光がこのリングがない場合に辿る光路を辿らないこと、即ちこの光が検出システムに入らないことを意味する。このリングを順方向放射ビーム内にも反射ビーム内にも設けると、検出システムにより発生される電気信号が対物レンズの横方向運動による影響を受けなくなる。この場合にはこのリングをレンズ系上に配置することができる。このリングを反射ビーム内にのみ配置すると、走査装置は記録担体の傾きに対し向上した公差を有するものとなる。
欧州特許出願Ｎｏ．０６１００５５は、ホログラム又は格子と組み合わせたレンズ系を開示している点に注意されたい。このレンズは第１の焦点に向かって第１の透明層の厚さを通過する放射の全部分に亘って補正する。格子は入来放射ビームの中心部分内の放射の一部分をサブビームに回折し、このサブビームをレンズで屈折後に第２焦点に向って通過する第２の透明層の厚さに対し補正する。このレンズ系と格子は放射ビームを異なる輻輳を有する２つのサブビームを含むビームに収束する。これに対し、本発明のレンズ系は放射ビームを単一の輻輳を有するビームに収束し、単一の最良焦点を形成する。本発明のレンズ系が屈折のみ、反射のみ、又は屈折−反射のみからなるタイプのものである場合には、このレンズ系は入射放射ビームのほぼ全エネルギーを第１の焦点に通し、このエネルギーの一部分を第２の焦点を形成するサブビームに分岐しない。”放射ビームのほぼ全エネルギー”とは、一つの媒体と他の媒体との界面における反射、媒体内の吸収及びれの不透明部分による通常の損失のみを無視することを意味する。
本発明の第２の特徴は、第１の情報層及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１のタイプの記録担体と、第２の情報層及び第１の厚さと異なる第２の厚さの第２の透明層を有する第２の記録担体の２つのタイプの記録担体を光学的に走査する方法において、第１のタイプの記録担体を走査するとき、放射ビームをレンズ系により第１の透明層を経てほぼ第１の情報層上で最良焦点に収束させるステップと、第２のタイプの記録担体を走査するとき、放射ビームを前記レンズ系により第２の透明層を経てほぼ第２の情報層上で近軸焦点に収束させるステップと、記録担体から反射された放射を検出システムに収束させるステップと、放射源と検出システムとの間の光路内に配置された不透明リングにより反射ビームの一部分が検出システムに到達するのを阻止するステップとを具えることを特徴とする。
本発明を添付図面を参照して実施例につき以下に詳細に説明する。図面において、
図１Ａは第１のタイプの記録担体を走査する本発明による走査装置を示し、
図１Ｂは第２のタイプの記録担体を示し、
図２は不透明リングが設けられた対物レンズの断面を示し、
図３は第２のタイプの記録担体の走査時における光軸方向の放射強度を示し、
図４は図２の対物レンズの正面図を示し、
図５は走査装置の検出システムを示す。
図１Ａは光記録担体１を走査する装置を示す。記録担体１は透明層２を具え、その一方の表面上に情報層３が配設されている。情報層の透明層２とは反対側の表面は保護層４により周囲の影響から保護されている。透明層２は情報層を機械的に支持し、記録担体の基板として作用する。或いは又、透明層は情報層を保護する機能のみを有するものとし、機械的支持は情報層の反対側の層、例えば保護層４により、又は情報層３に接続された他の透明層及び情報層により与えることができる。情報は記録担体に、情報層３内のほぼ平行な同心トラック又はらせんトラックに配列された光学的に検出可能なマークの形態に蓄積することができる。マークは光学的に読取り可能な形態、例えば周囲と相違する反射係数又は磁化方向を有するピット、エリアの形態、又はこれらの形態の組合せにすることができる。
この走査装置は発散放射ビーム６を放出する放射源５、例えば半導体レーザを具える。ビームスプリッタ１２、例えば反透板が放射をレンズ系に向け反射する。レンズ系はコリメータレンズ７′及び対物レンズ７を具える。コリメータレンズ７′は平行ビームを形成し、この平行ビームが単焦点対物レンズに入射する。コリメータレンズ及び対物レンズは単対物レンズに組合せることができる。光軸８を有するレンズ系７、７′は放射ビーム６を単輻輳を有する収束ビーム９に変換し、この収束ビームは情報層３上に焦点１０を形成する。対物レンズを図中に単レンズ素子として示すが、対物レンズは透過式又は反射式で動作するホログラム又は放射ビーム伝搬導波路から放射を取り出す格子を具えるものとすることもできる。情報層３により反射され、反射ビーム１１を形成する収束ビーム９の放射は順方向収束ビーム９の光路を戻る。レンズ系７、７′が反射ビーム１１を収束反射ビーム１３に収束させ、ビームスプリッタ１２が順方向ビームと反射ビームを分離し、反射ビーム１３の少なくとも一部分を検出システム１４へと透過させる。検出システムはこの放射を検出し、１以上の電気信号に変換する。これらの信号の１つは情報信号１５であり、その値が情報層３から読み取られた情報を表す。他の信号はフォーカスエラー信号１６であり、その値が焦点１０と情報層３との間の軸方向の高さの差を表す。フォーカスエラー信号はフォーカスサーボコントローラ１７用の入力として使用され、このコントローラが対物レンズ７の軸方向位置を制御し、焦点１０の軸方向位置を情報層３の平面とほぼ一致するように制御する。１以上の放射感応検出素子及びこれらの検出素子の出力信号を処理する電子回路を含み、フォーカスエラー信号を発生する検出システムの部分をフォーカスエラー検出システムという。レンズ系を位置調整するフォーカスサーボシステムはフォーカスエラー検出システムと、フォーカスサーボコントローラと、レンズシステムを動かすアクチュエータとを具える。
図２は対物レンズ７の一実施例１８の断面を示す。この対物レンズは０．６の開口数を有する。このレンズは両非球面レンズとすることができ、例えば射出成形により単一のプラスチック材料で形成することがでる。このレンズの材料は６５０ｎｍの設計波長において１．４８８５の屈折率を有するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である。このレンズのデータは次の通りである。
焦点距離                ３．３ｍｍ
光軸上の厚さ            ２．９５ｍｍ
光学直径                ３．９６ｍｍ
自由作動距離            １．５ｍｍ
このレンズは２つの表面１９及び２０を有し、第１の表面２０は放射源に対面し、第２の表面１９は記録担体１に対面する。表面１９の形状は次の多項式：
0003804984.tif 000002
により与えられ、ここでは、
ａ2＝０．２５１７６３０
ａ4＝０．００６７１３５２
ａ6＝０．０００４５７５３
ａ8＝０．０００１０５２６
ａ10＝０．０００００８６０
である。表面２０の形状は、放射ビームの幅に亘って、式（１）により与えられ、ここでは、
ａ2＝−０．１０００９６１４
ａ4＝０．０２１６３７２９
ａ6＝−０．００７８８０８２
ａ8＝０．００２０５９２１
ａ10＝−０．０００２３４７７
である。
このレンズ系７、７′は情報層３上に最適焦点、即ち１に近いシュトレール比を有する焦点を形成するように設計されている。この理由のために、このレンズ系はその全断面に亘って、即ちその中心部分及び環状部分において、収束ビーム９が記録担体１の透明層２を通過する際に受ける球面収差に対し補正されている。焦点スポット１０に近い収束ビームの波面はほぼ球面になる。図１Ｂは情報層２３及び透明層２と異なる厚さの透明層２２を有する他のタイプの記録担体２１を示す。この装置をこの記録担体の走査に使用する場合、レンズ系７、７′は透明層２２に対して適正に補正されていない。フォーカスサーボコントローラ１７が対物レンズ７の位置を、情報層２３に近いビーム波面の球面からの平均偏差がビーム断面に亘って最小になるように調整する。情報層の位置における残留球面収差は開口全体に亘って強く波打つ波面を生じ、焦点スポットに強い収差を与える。このような焦点スポットは記録担体２１を走査するのに好ましくない。
しかし、情報層２３を軸方向に最良焦点の位置に位置させないで近軸焦点の位置の近くに位置させれば、情報層２３を収束ビーム９により適切に走査することができる。近軸焦点の位置の回りの小範囲内においては、収差を受けた収束ビームの波面が開口の中心部分においてほぼ球面である。焦点スポットは開口の中心部分内の光線からなる高強度の小さい中心領域と、中心部分の外側の光線からなる、この小中心領域を取り囲む低強度の大きな外側領域とを具える。この場合、焦点スポットの中心領域の質は情報層２３を適切に走査するのに十分であるとともに、外側領域が走査に影響を与えないようにすることができる。
図３は、第２のタイプの記録担体が第１のタイプの記録担体の基板より厚い０．６ｍｍの基板を有する場合について、第２のタイプの記録担体の走査時における対物レンズ７の光軸方向の放射強度を示す。垂直軸は収束ビーム９の正規化放射強度Ｉを示し、水平軸はレンズ系から離れる方向における近軸焦点からの距離ｚ（μm単位）を示す。走査装置が通常光軸に沿って情報層２３上に位置させる最良焦点は、図に破線の垂直線で示すように、近軸焦点から２４μm離れて位置する。図に示す曲線の各局部最大値は収束ビームの放射が光軸近くの小領域に集中される位置に対応する。水平軸に沿う殆どの位置において、光軸に垂直な平面におけるスポットの強度分布は光軸を中心とする比較的強い強度を有するリング又は高い比較的平坦な背景強度を有するリングを示し、どちらも情報層の走査を妨害する。ｚ＝６μmを中心とする小さな領域では実際上リングは存在せず、背景レベルが強く減少されている。情報層２３を光軸に沿ってこの位置に位置させると、この層を適切に走査することができる。この好適位置は必ずしも光軸上の最大強度に対応しない点に注意されたい。第２のタイプの記録担体の基板が第１のタイプの記録担体の基板より薄い場合には、光軸上の強度分布は図３に示す曲線に類似の曲線に追従するが、この場合には最良焦点位置の方が近軸焦点位置よりもレンズ系に近くなる。
情報層２３の好適位置は２つの透明層２と透明層２２の厚さの差及びビーム９の開口数に以下に示すように依存する。情報層２３が前記好適位置から離れた軸方向位置に位置する場合には、焦点スポットの質が急激に低下し、検出システム１４で発生される信号の質が低下する。近軸焦点の位置に対する任意の基準を以下において好適位置に対する基準と仮定する。
記録担体２１の情報層２３の走査時には波面の中心部分の平坦化に伴い波面の外側部分の偏差が増大する。従って、開口の外側部分内の周辺光線が近軸焦点からかなり離れて位置するいわゆる周辺焦点を形成する。収差を受けたビームの最良焦点は近軸焦点と周辺焦点との間に位置する。近軸焦点と周辺焦点との間の比較的大きな距離の結果として周辺光線を検出前に除去することができ、従って検出システムにより発生される信号から無補正球面収差の妨害影響の大部分を除去することができる。記録担体１の走査時には近軸焦点と最良焦点と周辺焦点が一致することに注意されたい。
本発明による装置では、最良焦点を記録担体１の情報層３に位置させ、近軸焦点を記録担体２１の情報層２３に位置させる手段を講じる。この目的のために、反射ビーム１３の断面を２つの部分、即ち中心部分と該中心部分を取り囲む環状部分に分割する。第１のタイプの記録担体の走査時には、中心部分及び環状部分内のビームの全光線が最良焦点から到来する。第２タイプの記録担体の走査時には中心部分内の光線が主として近軸焦点から到来し、環状部分内の光線は近軸焦点から到来しない周辺光線である。同一の中心部分及び環状部分を順方向ビーム６及び９に示すことができる。上記の手段は、フォーカスサーボシステムが反射ビーム１３の少なくとも環状部分内の光線に含まれる情報を用いて最良焦点を第１のタイプの記録担体の情報層上に位置させ、中心部分内の光線に含まれる情報を用いて近軸焦点を第２のタイプの記録担体の情報層上に位置させることを意味する。
中心部分のサイズは、第２タイプの記録担体の情報層が適切に走査されるように選択する必要がある。このサイズを大きくしすぎると、球面収差が近軸焦点の質に与える影響が大きくなりすぎる。このサイズを小さくしすぎると、中心部分おけるビームの小さい開口数の結果として見かけ上大きな近軸焦点スポットが発生し、微小ディテールの読取りが困難になる。情報層における近軸焦点に対する変調伝達関数（ＭＴＦ）に下記の近似式を使用することにより両者の妥協点を見出すことができる。
0003804984.tif 000003
ここで、
0003804984.tif 000004
且つνは空間周波数、ｐは情報層２３内の読取りうる最小ディテール、νcは空間遮断周波数、ＮＡcは記録担体に入射する放射ビームの中心部分の開口数、及びλは放射ビームの波長であり、Ｗ40は情報層２３の位置及び前記放射ビームの縁におけるサイデルの球面収差（λ単位）、ｎは透明層２２の屈折率、Δｄは透明層２２と透明層２の厚さの差の絶対値である。式（２）内の大括弧内の左項は理想結像系のＭＴＦであり、右項は放射ビーム内の球面収差の影響を考慮に入れる乗算係数である。
第２のタイプの記録担体を走査するのに最適なＮＡcの値は、式（２）にλ、ｐ，ｎ、Δｄの値を挿入し、例えば式（２）をＮＡcについて微分し、ＭＴＦ（ν）の最大値を与えるＮＡcの値を決定することにより式（２）から導出することができる。この場合、中心部分のサイズは反射ビームの全断面のサイズ×前記ＮＡcの値／全反射ビームの開口数に等しい。一例としては、光学走査装置を０．６ｍｍの厚さの透明層を有する第１のタイプの記録担体を波長λ＝６３５ｎｍ及びＮＡ0＝０．６０（全放射ビームの開口数）を有する放射ビームで走査するよう設計する。この装置は、１．２ｍｍの厚さ（Δｄ＝０．６ｍｍ）及び１．５８の屈折率を有する透明層を有するとともにトラックピッチの形態の最小ディテールがｐ＝１．６μmである第２のタイプの記録担体を走査することもできる。ＮＡcの最適値は０．３３であり、中心部分の直径は反射ビームの全断面×０．５５（＝０．３３／０．６０）に等しい。ＮＡcの値及び中心部分のサイズの公差は、開口数の増大につれてスポットサイズを増大する球面収差と、開口数の増大につれてスポットサイズを減少する回折との相殺効果のために比較的大きい。低性能装置に対しては公差は±２５％、高性能装置に対しては公差は±１０％にするのが好ましい。
情報層２３上の走査スポットの質は一波長までの中心部分内のＷ40の値に対し十分である。式（２）内のＷ40の式から、収束ビーム９の中心部分の開口数ＮＡcは、
0003804984.tif 000005
以下にするのが好ましいことを導くことができる。反射ビーム１１又は１３の断面の中心部分の直径はＮＡc（max）／ＮＡ0×全反射ビームの断面の直径以下にするのが好ましい。上述の例のパラメータ値を用いると、ＮＡcの最大値は０．３９になる。依然として適切に読取りうる情報層上のビットの最小接線方向寸法ｄbは約λ／（４ＮＡc）に等しくなり、６５０ｎｍの波長及び０，３９のＮＡcに対し０．４２μmビット長になる。Ｗ40がλ／２にほぼ等しいときにＮＡcの好適値、即ちＮＡc（opt）が得られる。
0003804984.tif 000006
ｎが１．５８、Δｄが０．６ｍｍ及びλが６５０ｎｍのとき、中心部分の最適開口数は０．３３である。ｄb以上の接線方向寸法を有する情報層上のディテールを読取り可能にするにはＮＡcの値をλ／（４ｄb）より大きくするのが好ましい。最小接線方向ビット寸法が０．６μmであり、λが６５０ｎｍである場合には、ＮＡcは０．２７以上にするのが好ましい。
図３における光軸方向の情報層の好適位置は式（２）のパラメータの項で表すことができる。この最適位置は、−Ｗ40に等しいデフォーカシング収差Ｗ20を設定することにより見つけ出すことができる。この場合、近軸焦点からのデフォーカシングｚは、
0003804984.tif 000007
になる。ＮＡcが０．３３、ｎが１．５８及びΔｄが０．６ｍｍのとき、デフォーカシング、即ち好適位置は近軸焦点から６μmの位置になる。これは収束ビーム９の中心部分の焦点深度の約２倍のデフォーカシングに相当する。位置を好適位置±放射ビームの中心部分の焦点深度の半分の範囲内に選択すると、適度の走査の質が依然として得られる。焦点深度はλ／（２ＮＡc2）に等しく、与えられたパラメータ値に対し３μmになり、前記の範囲は近軸焦点から４．５〜７．５μmの範囲になる。
近軸焦点の質は、環状部分に第１の透明層に適応する球面収差補正を与えるとともに中心部分に第２の透明層に適応する球面収差補正を与えることにより更に改善することができる。対物レンズが放射ビームを第２の透明層を経て収束する場合には、中心部分を通過するビームの光線が近軸焦点を形成し、これらの光線が第２の透明層の通過中に受ける球面収差に対し補正される。対物レンズが放射ビームを第１の透明層を経て収束する場合には、環状部分と中心部分を合わせた部分を通過するビームが最良焦点を形成する。この場合には、環状部分を通過する光線のみが第１の透明層の通過中に受ける球面収差に対し補正され、中心部分を通過する光線は第２の透明層の通過中に受ける球面収差に対し補正される。環状部分が補正される透明層の厚さと異なる厚さの透明層に対する対物レンズの中心部分の補正は最良焦点の質に比較的小さな影響を与えるのみである。
一般に、焦点はフォーカスエラー信号１６が零値のとき情報面上に正しく位置する。上述の第１の実施例の対物レンズを有する走査装置において、フォーカスサーボシステムが、第１の情報層３上に位置する第１の焦点がフォーカスエラー信号の零交点となるように調整されている場合には、一般に第２の焦点はフォーカスエラー信号の零交点において情報層２３上に精密に位置しない。この問題は、第２のタイプの記録担体の走査時にフォーカスエラー信号１６に一定のオフセット電圧を付加することにより取り除くことができる。走査する記録担体のタイプに依存するオフセット電圧の付加の欠点は対物レンズを修正することにより克服することができる。このためには、フォーカス補正を対物レンズの中心部分に付加し、中心部分ビームが導入する球面収差に適応する補正と相違するフォーカス補正を中心部分に与えるのが好ましい。この追加のフォーカス補正により、第２の焦点がフォーカスエラー信号の零交点において第２の情報層上に位置するようにする。追加のフォーカス補正の大きさは対物レンズの焦点深度程度、即ち１μm程度であり、フォーカスエラー検出システムの幾何寸法に依存させることができる。この場合には記録担体依存付加フォーカスオフセット電圧はもはや必要なくなる。
上述したように、第２のタイプの記録担体の走査時には放射ビーム１３の周辺光線を検出前に除去する必要がある。放射ビーム１３の中心部分内の光線は検出システム１４の方向に適切に収束されるが、放射ビーム１３の周辺光線は球面収差のために大きな角度偏差を有し、これらの光線は検出システム１４によりインターセプトされない。しかし、ビームの中心領域と周辺光線との間の中間領域内の光線は、第１のタイプの記録担体に対する適切な球面収差補正を有していないにもかかわらず、依然として検出システムに入射し、検出システムにより形成される検出信号の質を低下させる。
この問題は、走査装置に不透明リングを設けることにより解決され、このリングはレンズ系に配設することができる。このリングの幅及び位置を、これが中間領域内の上述の光線を遮るようにする必要がある。”不透明”とは、リングに入射する光が、このリングのない場合に辿る通路を辿らないこと、即ちリングに入射する光が検出システムに入射しないことを意味する。
図２はこのような不透明リングを有する対物レンズ１８の断面を示す。環状部分２５と中心部分２６を中間円形リング２７により分離する。図４は対物レンズ１８及びリング２７の正面図を示す。矢ｒ0はリングの位置における全放射ビーム１１の半径を示し、開口数ＮＡ0に対応する。矢ｒ1及びｒ2はリング２７の内側円及び外側円の半径をそれぞれ示す。ｒ1の大きさは、内側円が開口数ＮＡcに対応する中心部分の外側側境界円の位置に、ｒ0の値の±１０％の公差で位置するように選択するのが好ましい。リングの幅は特に検出システム１４の幾何寸法に依存する。広い幅のリングは検出システムから不所望な光線を有効に除去するが、狭い幅のリングは高い放射出力を有する。妥協点として、順方向及び反射放射ビーム内に配置するリングはｒ0の値の５％〜２５％の幅ｒ1−ｒ2を有するものとするのが好ましく、１０％の幅が最適である。
リングの半径ｒ1の好適値は、ｒ1／ｒ0＝ＮＡc／ＮＡ0を用いて、式（４）から導くことができる。
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このリングは幾つかの実施例の一つとすることができる。このリングはリングの内側円に平行な又は垂直な１以上の深いＶ字溝又は突起を具え、リングに入射する光を検出信号に殆ど又は全く影響を与えない方向に屈折させるものとすることができる。このリングは格子として動作する小さく浅いピット又は溝の列を具え、入射光を直進ビームから回折させるものとすることもできる。このような格子はガラス本体と該本体の片面又は両面を覆う透明層からなるレンズ又はプラスチックレンズに容易に付与することができる。このリングは入射光を反射する反射性薄膜コーティングを具えるものとすることができる。このリングは入射光を吸収するインクのような材料の吸収層を具えるものとすることもできる。このリングは２（２ｎ＋１）個の等しい長さの区分を具え（ここでｎ＝０，１，２，．．．）、これらの区分が交互に透明及び不透明であるものとすることもできる。このようなリングは往路及び復路で動作し、入射放射に対し有効な障害物を形成すると同時に、記録担体により回折された高次の放射を一様に不透明のリングより多く通す利点を有する。
これらの各リングは対物レンズ又はコリメータレンズの片面に配置することがでる。この配置は、リングがレンズ系に対し常に適切にアライメントされる利点を有する。リングは図１Ａのビームスプリッタ１２上に配置し、リングがレーザ５からの放射ビーム６と相互作用しないで、反射放射ビーム１１とのみ相互作用するようにすることもできる。図１Ａに示すようにビームスプリッタとして半透板を使用する場合には、リングをこの板の検出システム１４側の表面に被着することができる。リングを反射ビーム１１内にのみ配置する場合には、このリングはレーザ上に配置するリングより幅広にし、リングの位置における反射ビームの半径の５５％から７５％の範囲をこの半径の±５％の公差で覆うものとするのが好ましいい。この配置は、第１のタイプの記録担体が傾いた状態において一層強い情報の読取りが得られるという追加の利点を有する。
図４は検出システム１４の実施例を示す。この検出システムは４つの放射感応検出素子２８、２９、３０及び３１を有する４分割検出器を具える。これらの素子に入射する放射ビーム１１は、例えば図１Ａに示す傾斜板１２を通過することにより非点収差を受ける。これらの検出素子の４つの電気出力信号をＵＳ４３５８２００から既知の所謂非点収差法に従って用いてフォーカスエラー信号を形成することができる。検出器のサイズを利用して入射ビームの中心部分内の放射と環状部分内の放射とを弁別し、近軸焦点又は最良焦点を情報層上に位置させるために使用する。一方では、検出素子のサイズを第１のタイプの記録担体の走査時に放射ビームの大部分を捕捉するように十分大きくする必要がある。他方では、検出素子のサイズは第２のタイプの記録担体の走査時に周辺光線を傍受しないように十分に小さくする必要がある。これらの素子の折衷サイズは放射の波長、レンズ系の検出システム側の開口数ＮＡD及び放射ビームに導入された非点収差の量に依存する。方形検出システムの一辺の長さｋは０．６ｋopt〜１．４ｋoptの範囲内にするのが好適であり、ここでｋの最適値ｋoptは、
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で与えられ、Ｗ22は反射ビーム１１に導入され、ビームの全断面に亘って測定された山−谷非点波面変形（波長単位で表される）である。ｋに与えられる公差は、検出器の形状は正方形に限定されず、公差範囲内で長方形にすることもきることを意味する。ビーム１１に導入される非点収差の一般的な大きさは５λである。ＮＡDが０．１であり、波長が６５０ｎｍである場合には、長さｋは１１８〜５１μmにするのが好ましく、８５μmが最適である。
非点収差が放射ビーム１１に導入されない場合には、検出システムのサイズｋに対する好適範囲の上限値は、
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により与えられ、ここでＷ40は放射ビーム１１の最大直径、即ち開口数ＮＡ0にて厚さの差を１回通過することにより生ずる非点収差であり、ＮＡ1は放射ビーム９の環状部分の内側円における開口数である。項Ｗ40は式（２）で与えられる。
ｋの好適範囲の下限値は０．６ｋmaxである。放射ビームの直径ｒ0の０．５５倍の位置から０．６５倍の位置まで延在するリング２７を有する対物レンズ１８では、ＮＡ1／ＮＡDの値は０．６５であり、検出システムの最大サイズはｋmax＝２５λ／ＮＡDにより与えられる。λ及びＮＡDの上述の値に対し、ｋmax＝１６２μmになり、下限値は９７μmになる。不透明リングを使用する場合における検出システムの大きな許容サイズは中心部分と環状部分との遷移部における光線がリングにより抑圧されることによる。
非点収差Ｗ22は１．４ｋopt≦ｋmaxとなる大きさにするのが好ましい。
光学走査装置に種々のレンズ系を使用し、検出システムから得られた種々の信号の質を示すために一連の実験を行った。第１のタイプの記録担体の第１の透明層２の厚さは０．６ｍｍにし、第２のタイプの記録担体の第２の透明層２２の厚さは１．２ｍｍにした。全レンズの開口数は０．６にした。第１のタイプの記録担体の走査時に４つの検出素子２８−３１の４つの出力信号から得られた情報信号は不透明リングを有しないレンズ系を使用したときと不透明リングを有するレンズ系を使用したときとでほぼ同一の質であった。これは、リングの存在が第１のタイプの記録担体の読取り時に情報信号の質に認めうるような影響を与えないことを示す。
第２のタイプの記録担体の読取りに本発明のリングを有しないレンズ系を使用した場合、情報信号内のジッタは約８％であった。本発明のリングを有するレンズを使用した場合にはジッタが６％に減少した。
フォーカスエラー信号の質は検出システムの近くに放射ビーム１１により形成される非点収差焦線の質に強く依存する。レンズ系の第１の実施例は第２のタイプの記録担体の走査時に、無補正レンズ系を用いる焦線に比較して焦線の質にかなりの改善をもたらす。改善された質はフォーカスサーボシステムのキャプチャレンジを増大し、大きな検出システムの使用が可能になり、第２のタイプの記録担体の読取り時の検出が向上する。また、検出システム１４の位置決め公差も増大する。無補正の既知のレンズ系を用いる特定の走査装置では、検出システムの１０μmの位置誤差が２μmのフォーカスずれを発生した。補正レンズ系を１０μmの位置誤差を有するこの装置に使用すると、フォーカスずれは０．２μm以下であった。
本発明を図１Ａに示す走査装置につき説明したが、本発明の不透明リングは最良焦点及び近軸焦点を用いる任意の走査装置、特に国際トラック供給出願ＩＢ９６／００１８２の図１Ａ，２Ａ，３，４，５，６及び７に記載されている４種類の装置に使用することができる。この出願にも最良及び近軸焦点を位置調整する手段が広範に記載されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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