JPH11506252A - 記録担体用光学走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 各々異なる厚さの透明層を有する２つのタイプの記録担体を走査しうる光学走査装置であって、収束放射ビームにより透明層を通して記録担体の情報層を走査する。第１のタイプの記録担体の走査時には、放射ビームの最良焦点を情報層上に位置させ、第２のタイプの記録担体の走査時には放射ビームの近軸焦点を情報層上に位置させる。放射ビームを収束させるレンズ系は透明中心部分と透明環状部分との間に不透明リングを具えている。

Description

【発明の詳細な説明】 記録担体用光学走査装置 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載されている。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６ ５０ｎｍ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： 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。 ここで、 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、ν_cは空 間遮断周波数、ＮＡ_c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ＮＡ_cの値は、式（２）にλ、 ｐ，ｎ、Δｄの値を挿入し、例えば式（２）をＮＡ_cについて微分し、ＭＴＦ（ ν）の最大値を与えるＮＡ_c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 ＮＡ_c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１．５ ８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。 ＮＡ_c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。ＮＡ_c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ＮＡ_c は、 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ＮＡ_c（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、ＮＡ_c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 ｄ_bは約λ／（４ＮＡ_c）に等しくなり、６５０ｎｍの波長及び０，３９のＮＡ_c 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ＮＡ_cの 好適値、即ちＮＡ_c（opt）が得られる。 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。ｄ_b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ＮＡ_cの値をλ／（４ｄ_b）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 、ＮＡ_c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、 になる。ＮＡ_c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／（２ＮＡ_c ²）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４．５〜７．５ μm 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１ μm 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ＮＡ_c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＝ＮＡ_c／ＮＡ₀を用いて、式（４）か ら導くことができる。 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ＵＳ４３５ ８２００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ＮＡ_D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０．６ｋ_opt〜１．４ｋ_optの 範囲内にするのが好適であり、ここでｋの最適値ｋ_optは、 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 。ＮＡ_D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、 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０．６ｋ_max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／ＮＡ_Dの値は０．６５であり、検出システムの最大サイズはｋ_max ＝２５λ／ＮＡ_Dにより与えられる。λ及びＮＡ_Dの上述の値に対し、ｋ_max＝１ ６２μm 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１．４_opt≦ｋ_max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１０ μm 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ＩＢ９ ６／００１８２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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＭＸ，ＳＧ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ることを特徴とする光学走査装置。 ２．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、 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Ｎ Ａ₀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請 求項１記載の光学走査装置。 ３．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２記載の光学走査装置。 ４．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２記載の光 学走査装置。 ５．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走査方法。 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５記載の方法。 ７．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５記載の方法。