JP3886151B2 - 対物レンズ及びこの対物レンズを用いた走査装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射ビームを第１の厚さを有する第１の透明層を介して第１の焦点に、及び第１の厚さと異なる第２の厚さの第２の透明層を介して第２の焦点に集束させる対物レンズに関するものである。また、本発明は、第１の情報面及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１の型式の記録媒体を走査すると共に、第２の情報面及び前記第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の記録媒体を走査する光学式走査装置であって、放射ビームを発生する放射源と、放射ビームを第１の透明層を介して第１の情報層上の第１の焦点に集束すると共に第２の透明層を介して第２の情報層上の第２の焦点に集束する対物レンズとを具える光学式走査装置に関するものである。走査は、記録媒体に情報を書き込み、読み出し、及び／又は消去することを含む。
【０００２】
光記録媒体の透明層は、一般的に情報層を周囲の影響から保護し記録媒体を機械的に支持する機能、すなわち情報層に対する基板としての機能を有している。透明層の厚さは、記録媒体の所望のスティフネスと情報層を走査するために用いる放射ビームの開口数との間の折衷である。新しい記録媒体の場合、開口数を増大して情報層の記録密度を高くしようとすると、放射ビームに対するデイスクの傾きの影響を低減するために透明層の厚さを薄くする必要がある。この結果、市場において異なる型式の記録媒体が存在することになる。互換性のある再生装置は、透明層の厚さにかかわらず、異なる型式の記録媒体を走査できなければならない。
【０００３】
情報層を走査する際の透明層は、放射ビームにいわゆる球面収差を導入する。この球面収差は対物レンズで補償され、焦点近傍の放射ビームには球面収差がないようにされる。透明層の第１の厚さについて補償された対物レンズを用いて第１の厚さとは異なる第２の厚さの透明層を有する記録媒体を走査する場合、焦点の品質は球面収差の過大補償又は過少補償により劣化してしまう。
【背景技術】
【０００４】
未公開の国際出願ＩＢ９６／００１８２号は、第１及び第２の光記録媒体を走査する走査について記載している。この装置は、放射ビームを第１の透明層を介して対物レンズ１の情報層上の最良の焦点に集束するように設計されている。第２の型式の記録媒体を走査する場合、対物レンズは第２の情報層上に近軸焦点を形成する。ビームの最良の焦点は、最高の強度を有するビームの光軸上の点である。ビームの近軸焦点は、ビームの近軸光線が集束するビームの光軸上の点である。記録媒体で反射した放射は、放射感知検出系により検出される。第１の型式の記録媒体を走査する場合、検出系は反射したビーム中の全ての放射を用いる。第２の型式の記録媒体を走査する場合、検出系は放射ビームの断面の中央部分の放射だけを用いる。対物レンズは第２の型式の透明層の厚さを透過する放射ビームを集束させるように設計されていないので、この放射ビームは第２の透明層を通る光路について補正されていない球面収差を発生する。検出をビームの中央の光線に限定することにより、ビームの外側の環状区域の大きな収差の光線による検出系の出力信号に対する影響が軽減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明において、対物レンズは放射ビームを単一の最良の焦点に集束し、この対物レンズは、第１の厚さを有する第１の透明層を通る放射ビームの光路を補償する第１の球面収差を放射ビームに導入する外側環状部分と、第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の透明層を通る放射ビームの光路を補償する第２の球面収差を放射ビームに導入する中央部分とを有する。一般的に、環状部分及び中央部分は同心状であり、これらの部分は互いに隣接することができ、又は中間のリング状区域を介して分離することができる。
【０００６】
対物レンズが放射ビームを第２の透明層を介して集束する場合、ビームの中央部分を通る光線は第２の焦点を形成し、これらの光線は第２の透明層を通る際に発生する球面収差について補正される。対物レンズが第１の透明層を通る放射ビームを集束する場合、環状部分と中央部分の結合された区域を通るビームは第１の焦点を形成する。この場合、環状部分を通る光線についてだけ第１の透明層を通る際に生ずる球面収差を補正し、中央部分を通る光線については第２の透明層を通る際に生ずる球面収差について補正する。本発明は、環状部分のビームについて補正される透明層の厚さとは異なる透明層の厚さについての中央部分の補正は、第１の焦点の品質に比較的小さい影響を与えるにすぎないという認識に基づいている。
【０００７】
欧州特許出願第０６１００５５号は、ホログラムすなわち回折格子と結合された対物レンズについて記載している。この対物レンズは、第１の透明層の厚さを通り第１の焦点に至る光路について全体の領域にわたって補正されている。回折格子は、入射する放射ビームの中央区域の放射の部分をサブビームに回折し、このサブビームは対物レンズにより回折された後第２の透明層の厚さを経て第２の焦点に至る光路について補正されている。これら対物レンズ及び回折格子は、入射ビームを異なるバージェンスを有する２個のサブビームを含むビームに集束している。つまり、対物レンズと回折格子との組合せは２個の最良の焦点を形成する。これに対して、本発明の対物レンズは、放射ビームを単一のバージェンスを有するビームに集束し単一の最良焦点を形成する。本発明による対物レンズを屈折だけを行う型式のもの、反射だけを行う型式のもの、又は屈折−反射だけを行う型式のものとした場合、入射する放射ビームのほぼ全てのエネルギーが第１焦点に集束し、一部のエネルギーを第２の焦点を形成するサブビームに分岐しない。用語「放射ビームのほぼ全てのエネルギー」は、一方の媒体から他方の媒体へ遷移する際の反射、媒体内での吸収及びレンズの不透明部分による正規の損失だけが無視されることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
対物レンズの特有の実施例は、請求項２、３及び４に記載する。
【０００９】
本発明の別の概念は、本発明による対物レンズを用いる光学式走査装置に関するものである。この走査装置は、第１の情報面及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１の型式の記録媒体を走査すると共に、第２の情報面及び前記第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の記録媒体を走査する光学式走査装置に好適である。この走査装置は、放射ビームを発生する放射源と、一方の透明層を通る放射ビームを単一の最良の焦点に集束する対物レンズとを具え、前記対物レンズの外側環状部分が前記第１の透明層を通る放射ビームの光路を補償する第１の球面収差を導入し、前記環状部分の内側の中央部分が前記第２の透明層を通る放射ビームの光路を補償する第２の球面収差を導入する。
【００１０】
第２の型式の記録媒体を走査する場合、中央部分を通るビーム部分は記録媒体の透明層の厚さについて良好に補正される。反射ビームの中央光線の補正を改良することにより、第２の型式の記録媒体を走査する場合検出系の出力信号の品質が改善される。本発明は、第１の型式の記録媒体を走査する場合、走査されている層の厚さとは異なる透明層の厚さについての対物レンズの中央部分の補正の効果は、検出系の出力信号に対して無視できる効果であるという認識に基づいている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下添付図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１Ａは光学式記録媒体１を走査する装置を示す。この記録媒体は透明層２を具え、その一方の側に情報層３を配置する。情報層の透明層と対向しない側は保護層４により環境の影響から保護する。透明層２は情報層を機械的に支持することにより基板として作用する。或いは、透明層は情報層を保護するだけの作用を有することができ、機械的な支持は、情報層の反対の側にある層により、例えば保護層４により又は情報層３に連結した別の透明層及び情報層により行うことができる。情報は、図示しない情報層３のほぼ平行な同心状の又は螺旋状のトラックに形成した光学的に検出可能なマークの形態として記録媒体に記録することができる。これらのマークは、例えば周囲区域とは異なる反射係数又は磁化方向を有するピットすなわち区域の形態として又はこれらの形態の組合せの光学的に再生可能な形態とすることができる。
【００１３】
走査装置は発散性の放射ビーム６を放出する例えば半導体レーザのような放射源５を具える。例えば半透明プレートのようなビームスプリッタ１２により放射をコリメータレンズ７’に向けて反射して平行化されたビームとし、このビームを単一焦点の対物レンズ７に入射させる。これらコリメータレンズ及び対物レンズは単一の対物レンズとして結合することができる。光軸８を有する結合されたコリメータ−対物レンズ７’−７は放射ビームを収束性ビーム９に変換し、この収束性ビームは情報層３上に焦点１０を形成する単一のバージェンスを有する。対物レンズは図面上単一のレンズ素子として表示したが、対物レンズは透過型又は反射型として動作するホログラム又は放射ビームを伝播させる導波路から放射を出射させる回折格子で構成することができる。情報層３で反射し反射ビーム１１を形成する集束性ビーム９の放射は、前進する集束性ビーム９の光路を戻る。対物レンズ７及びコリメータレンズ７’を通過した後、ビームスプリッタ１２は反射ビーム１１の少なくとも一部を検出装置１４に向けて透過させることにより前進ビームと反射ビームとを分離する。検出装置は透過した放射を受光し、１個又はそれ以上の電気信号に変換する。これらの信号のうちの１個の信号は情報信号１５であり、その値は情報層３から読み取られた情報を表す。別の信号は焦点誤差信号１６であり、その値は焦点１０と情報層３との間の高さの光軸方向の差を表す。焦点誤差信号は対物レンズ７の光軸方向の位置を制御する焦点サーボコントローラ１７用の入力信号として用い、これにより焦点が情報層３の面と一致するように焦点１０の光軸方向の位置を制御する。焦点誤差を発生するために用いられる１個又はそれ以上の放射感知検出素子及び検出素子の出力信号を処理する電子回路は、焦点誤差検出装置と称する。対物レンズを位置決めする焦点サーボ系は焦点誤差検出装置、焦点サーボコントローラ及び対物レンズを移動させるアクチュエータを具える。
【００１４】
図２Ａは対物レンズをその光軸方向から見た構成を示す。この対物レンズは環状の外側部分２５及びその内側の中央部分２６を具える。中央部分及び環状の外側部分は図面に示す共通の境界線２７を有することができ、又は中間リングにより分離することができる。
【００１５】
対物レンズ７は情報層３上に最良の焦点、すなわち１に近いストレール比を有する焦点を形成するように設計した。この理由により、対物レンズ７は、記録媒体１の透明層２を通過する際に集束性ビーム９に生ずる球面収差が補正されている。焦点１０付近の集束性ビームの波面はほぼ球面となる。図１Ｂは、情報層２３と、透明層２の厚さとは異なる厚さを有する透明層２２とを有する別の型式の記録媒体２１を示す。情報層２３は、この情報層が光軸方向の最良の焦点位置に位置しないが集束性ビーム９の近軸焦点又はその近傍に位置する場合、集束性ビーム９により適切に走査することができる。
【００１６】
情報層２３が光軸方向の近軸焦点から離れた位置に位置する場合、焦点スポットの品質は急激に低下し、検出装置１４で発生する信号の品質も低下してしまう。近軸焦点位置付近の微小な範囲において、収差が含まれる集束性ビームの波面は、開口の中央部においてほぼ球面である。焦点は、開口の中央部の光線により形成される高輝度の微小な中央領域と、中央部分の外側の光線により形成される微小な中央領域を囲む低輝度の大きな領域とを含む。そして、焦点の中央領域の品質は情報層２３を適切に走査するのに十分であり、外側領域は走査に影響を及ぼすことはない。
【００１７】
記録媒体２１の情報層２３を近軸焦点で走査する場合、波面の中央部分は比較的平坦であるが、波面の外側部分は強く偏移している。この偏移が周辺光線の方向を変化させるので、検出される前に周辺光線を遮光することができ、これにより検出装置により発生する信号から補償されない球面収差の乱れた影響を除去することができる。
【００１８】
中央部分及び環状部分の大きさは、特に対物レンズ７の開口数と、第１の透明層２の厚さと第２の透明層２２の厚さとの間の差と、それらの屈折率とに依存する。中央部分の最適なサイズ及びその公差の決定については、上記国際出願ＩＢ９６／００１８２号、特にその出願の（１）式及び好適実施例を示す（２ｂ）式に記載されている。一例として、装置は厚さ０．６ｍｍの透明層を有する第１の型式の記録媒体を波長λ＝６３５ｎｍでＮＡ_O＝０．６０の放射ビームで走査するように設計される。ここで、ＮＡ_Oは放射ビーム９全体の開口数である。この走査は、１．２ｍｍの厚さ（Δｄ＝０．６ｍｍ）で、１．５８の屈折率でトラックピットの形態の最小細部ｐ＝１．６μｍの第２の型式の記録媒体を走査できる必要がある。ＮＡ_Cの最適値、すなわち中央部分の関する開口数は０．３３である。ＮＡ_Oに対するＮＡ_Cの値は０．３３／０．６０＝０．５５となるので、中央部分２６の直径も対物レンズの位置における反射ビーム１１の全断面の直径の０．５５倍に等しくなる。ＮＡ_Cの値及び中央部分のサイズに対する公差は、開口が大きくなるにしたがってスポットサイズを大きくする球面収差と、開口数が増大するにしたがってスポットサイズを小さくする回折効果との中和作用により、比較的大きい。低性能のデバイスの場合、公差＝±２５％であり、高い性能のデバイスの場合公差は好ましくは±１０％に等しくする。
【００１９】
図３Ａは、設計波長６５０ｎｍで厚さが０．６ｍｍで屈折率が１．５８のポリカーボネート（ＰＣ）から成る透明層２を介して０．６のＮＡを有するコリメートされた放射ビームから焦点を形成するように設計した本発明による対物レンズ７の実施例を示す。この対物レンズは、球面−フラットのガラス本体２８と、１．５６６の屈折率を有し環状部分及び中央部分について非球面の外側面３０を形成する透明層２９とを具える。透明層２９は、欧州特許第０１５６４３０号から既知のレプリカ技術によりガラス本体２８に被着することができる。１．０８９ｍｍの内側半径を有する環状部分は、集束性ビーム９が通る０．６ｍｍの厚さのＰＣ透明層の光路を補償するための球面収差を導入する。この対物レンズの環状部分の内側の中央部分は、１．２ｍｍのＰＣ透明層を通る光路について補償するための球面収差を放射ビームに導入する。この対物レンズの品質は、中央部分及び環状部分の実効焦点距離をほぼ等しくして中央部分を通る放射を環状部分を通る放射に対して強く寄与させ、一緒になって第１の焦点を形成することにより一層改善される。０．６ｍｍの層を介して行う走査は、第１の焦点付近の放射ビーム、すなわち０．６ｍｍの層を透過した後の放射ビームのＲＭＳ波面偏移が最小値を有するように中央部分の厚さを選択することにより一層改善される。これにより、中央部分の平均波面偏移を環状部分の平均波面偏移に等しくする。厚さ補正に起因する波面補正は、球面収差に対して４次の補正及び焦点について２次の補正だけを有する中央部分に対して０．１λ程度である。厚さ補正量は、レンズの材料厚さの表現では約０．２λとなる。この厚さ補正は付加的な方策であり、これを用いなくても０．６ｍｍの層を介する走査は可能である。
【００２０】
この対物レンズの第１実施例のデータは以下の通りである。
焦点距離 ３．３０ｍｍ
光軸上の厚さ １．８５ｍｍ
本体２８の屈折率 １．６９９１
光学直径 ３．９６ｍｍ
本体の曲率半径（Ｒ） ２．５１６ｍｍ
自由作動距離 １．８２ｍｍ
層２９の厚さ変化 ｙ＝０．００ｍｍにおいて、２４μｍ
ｙ＝１．３０ｍｍにおいて、０．６μｍ
ｙ＝１．９８ｍｍにおいて、４４μｍ
【００２１】
環状部分２５の外側面の形状は以下の多項式により与えられる。
【数１】

ここで、ａ₂＝０．２２１１１８５０、ａ₄＝０．００４０６７６２、ａ₆＝−０．００００１５１７、ａ₈＝−０．０００００５１４、及びａ₁₀＝−０．０００００３４８である。環状部分２５は、ｙ＝０．５５×１．９８＝１．０８９ｍｍからｙ＝１．９８ｍｍまで延在する。
【００２２】
中央部分２６の外側面３０の形状はｚ＋Δｚにより与えられ、ここでｚは（１）式により与えられ、Δｚは以下の式により与えられる。
【数２】

ここで、ｙ_max＝１．０８９ｍｍである。項Δｚは、放射ビーム中に導入される球面収差について焦点補正を与えるゼルニク多項式（Ｚｅｒｎｉｋｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ）を含む。この多項式の４次の項は焦点距離の補正であり、定数項は厚さ補正である。
【００２３】
対物レンズがその中央部分に球面収差補償だけを有する場合、情報層２３の好ましい位置はこの対物レンズの近軸焦点となる。対物レンズが球面収差及び焦点補正の両方を具える場合、情報層２３の好ましい位置は近軸焦点から最良の焦点に向けて微小な距離だけ離間して波面偏移を最小にする。この微小な距離は、中央部分２６を通過するビーム、すなわちＮＡ_Cの開口数を有するビームの焦点深度の約２個である。この焦点深度はλ／［２（ＮＡ_C）²］に等しい。例えば、波長λが６５０ｎｍに等しくＮＡ_Cが０．３３に等しい場合、微小な距離は６μＭに等しい。後述する近軸焦点への言及は、好ましい位置への言及であるとする。
【００２４】
一般的に、焦点誤差信号が零値を有する場合、焦点は情報面に正確に位置する。上述した第１実施例による対物レンズを有する走査装置において、第１の情報層３上に位置する焦点が焦点誤差信号の零クロスに位置するように焦点サーボ系が調整される場合、一般的に第２の焦点は焦点誤差信号の零クロスにおいて情報層２上に正確に位置しない。これは、第２の型式の記録媒体を走査する場合に、焦点誤差信号１６に一定の焦点オフセット電圧を加えることにより正すことができる。走査される記録媒体の型式に依存するオフセット電圧の欠点は、対物レンズを変更することにより解消することができる。対物レンズの中央部分に焦点補正を加えて、ビーム中に導入される球面収差についての補正とは異なる焦点補正を中央部分に与える。焦点誤差信号の零クロスにおいて第２の焦点が第２の情報層上に位置するように特別の焦点補正を行う。特別の焦点補正の大きさは、対物レンズの焦点深度程度、すなわち１μｍ程度とし、焦点誤差検出系の構成に依存する。この場合、記録媒体に依存する付加的なオフセット電圧は不要である。
【００２５】
上述した特別な焦点補正を含む本発明による対物レンズの第２の実施例は、図３Ａに示す断面構成と同様な断面構成を有し、レプリカ技術を用いて作ることができる。環状部分の外側形状は第１の実施例と同一であり、上述した式（１）及び以下の式により直接与えられる定数値により与えられる。中央部分の外側面の形状は、ｚ＋Δｚ’により与えられ、ここでｚは式（１）により与えられ、Δｚ’は以下の式により与えられる。
【数３】

【００２６】
本発明による対物レンズの第３の実施例は、単一のプラスチック材料から成り例えば射出成形により作られる両非球面レンズ３２である。図３Ｂはこの対物レンズの断面を示す。このレンズの材料は、設計波長６５０ｎｍにおいて１４８８５の屈折率を有するポリメタクリレート（ＰＭＭＡ）とする。この対物レンズのデータは以下の通りである。
焦点距離 ３．３０ｍｍ
光軸上の厚さ ２．９５ｍｍ
光学直径 ３．９６ｍｍ
自由作動距離 １．５ｍｍ
【００２７】
このレンズは２個の面３３及び３４有し、一方の面は放射源と対向し他方の面は記録媒体１と対向する。このレンズの環状部分の面３３の形状は式（１）のｚについての多項式により与えられ、この多項式の定数は値、ａ₂＝０．２５３１７６３０、ａ₄＝０．００６７１３５２、ａ₆＝０．０００４５７５３、ａ₈＝−０．０００１０５２６を有する。環状部分はｙ＝１．０８９ｍｍからｙ＝１．９８ｍｍまで延在する。中央部分の面３３の形状はｚ＋Δｚで与えられ、ここでｚは式（１）により与えられ、定数は上述した内容であり得られ、Δｚは因子０．６３を０．７３で置き換えた式（２）により与えられる。
【００２８】
放射ビームの幅を超える面３４の形状は、（１）式により与えられ、（１）式において定数は値、ａ₂＝−０．１００００９６１４、ａ₄＝０．０２１６３７２９、ａ₆＝−０．００７８８０８２、ａ₈＝０．００２０５９２１、及びａ₁₀＝−０．０００２３４７７を有する。
【００２９】
本発明による対物レンズの第４実施例は、図３Ｂに示すレンズであり、同一の形状の面３３及び３４を有するが、中央部分の形状はｚ＋Δｚにより与えられずｚ＋Δｚ’により与えられる。ここで、Δｚ’は因子０．６３を０．７３で置き換えた式（３）により与えられる。このレンズは第２の実施例に匹敵する特別の焦点補正を有する。
【００３０】
本発明による対物レンズの同様な実施例は、対物レンズ７及びコリメータレンズ７’が第一の光学素子として結合されている場合に可能であること明らかである。上記実施例は１個の有限の共役な対を有するので、この実施例は２個の有限の共役な対を有する。
【００３１】
上述したように、第２の型式の記録媒体を走査する場合検出する前に放射ビーム１１の中央区域の光線は検出系１４に向けて適切に集束し、これに対して放射ビーム１１の周辺光線は球面収差により大きな角度偏移を有するので、検出系１４に入射しない。一方、このビームの中央区域と周辺区域との間の中間区域の光線は、第１の型式の記録媒体について適切な球面収差補正がされていないが、依然として検出系に入射するので、これにより検出系により形成される検出信号の品質が低下してしまう。
【００３２】
この課題は、走査装置に不透明リングを設けることにより解決でき、この不透明リングは対物レンズに配置することができる。用語「不透明」は、リングに入射する光がリングがない場合に通るべき光路に沿って伝播しないこと、すなわちこの光が検出系に入射しないことを意味する。このリングは、対物レンズの第２の実施例の特別な焦点補正と同一の課題の解決策となる。つまり、リングを有する走査装置は、焦点サーボ系の記録媒体に依存する付加的なオフセット電圧を必要としない。
【００３３】
図２Ｂはこのような不透明なリングを有する対物レンズ３５を示す。環状部分３６及び中央部分３７は中間リング３８により分離する。これら環状部分及び中央部分の形状は上述した第１又は第３の実施例に基くものとすることができる。リング３５の内側円は、好ましくは図２Ａに示すレンズの実施例の境界線２７の位置に、リングの位置における放射ビームの全断面の半径の±１０％の公差を以て配置する。リングの幅は、特に検出系１４の形状に依存する。幅の広いリングは不所望な光線を検出系から有効に除去し、幅の狭いリングは放射の利用率が高くなる。折衷案として、前側に配置したリング及び反射する放射ビームは、好ましくは上述した半径の５％と２５％との間の幅を有し、最適なものとして１０％の幅を有する。
【００３４】
このリングは数個の実施例で構成することができる。リングは、リングに入射する光を検出信号にほとんど又は全く影響を及ぼさない方向に屈折させる１個又はそれ以上の深いＶ溝又は岡部分を有することができる。このリングは、入射光を前進するビームから離れるように回折させる回折格子として動作する一連の微小な浅いピット又は溝を有することができる。この回折格子は、ガラス本体とこの本体の一方の側又は両方の側を覆う透明層によりレンズ及びプラスチックレンズに容易に形成することができる。このリングは、入射する光を反射する反射性の薄膜コート層で構成することもできる。また、このリングは入射光を吸収するインクのような吸収層で構成することもできる。このリングは等しい長さの２（２ｎ＋１）個のセクションで構成することもでき（ｎ＝０，１，２---）、これらセクションは交互に透明及び不透明とする。このリングは前進及び戻りの光路に対して動作し、リングに入射する放射に対して有効な遮光部材を構成し、同時に記録媒体により高次回折光として回折した光を、均一に不透明なリングよりも多量の放射を通過させる利点を有している。
【００３５】
これらリングの各々は、１個の有限の共役反射を有する対物レンズ又は２個の有限の共役反射を有する対物レンズのいずれかの側に配置することができる。リングは図１のビームスプリッタ１２上に配置して、レーザ５からの放射ビーム６と相互作用せず、反射した放射ビーム１１とだけ相互作用するようにすることができる。図１に示すように、ビームスプリッタとして半透明プレートを用いる場合、プレートの検出系１４と対向する側にリングを設けることができる。リングを反射ビーム１１の光路中だけに配置する場合、このリングは、好ましくはレンズ上に配置するリングよりも広い幅とし、上述した半径の１５％の公差でリングの位置における反射ビームの半径の５５％〜７５％を通過させる。この構成により、第１の型式の記録媒体に傾きがある場合、一層強い情報の読出が行なわれる。
【００３６】
図４は検出系１４の実施例を示す。この検出系は、４個の放射感知検出素子３９，４０，４１及び４２を有する四分割検出器を具える。これら検出素子に入射する放射ビーム１１には、例えば図１に示す斜めのプレート１２を通る光路により非点収差が導入される。４個の検出素子の電気的出力信号を用いて、米国特許第４３５８２００号から既知のいわゆる非点収差法により焦点誤差信号を形成することができる。一方において、素子の大きさは、第１の型式の記録媒体を走査する場合、放射ビームの大部分が十分に入射するように大きくする必要がある。他方において、この大きさは、第２の型式の記録媒体を走査する場合、周辺光線を遮光しないように十分小さくする必要がある。素子の両立し得る大きさは、放射の波長、検出系側の対物レンズの開口数ＮＡD及び放射ビーム１１に導入される非点収差の量に依存する。正方形の検出系の一方の側の長さＲは、好ましくはκ_Optの０．６倍からκ_Optの１．４倍の範囲に存在させ、ｋ，κ_optについての最適値は以下の式により与えられる。
【数４】

ここで、Ｗ₂₂は反射したビーム１１に導入されたビーム全断面に亘って測定され波長単位で表される山−谷の非点収差の波面変形である。Ｒについての公差は、検出器の形状が正方形に規定されず公差範囲内の矩形になることを意味する。ビーム１１に導入される非点収差の共通量は５λである。ＮＡ_Dが０．１に等しく波長が６５０ｎｍに等しい場合、長さＲは好ましくは１１８μmと５１μmとの間に存在し、最適値は８５μmである。
【００３７】
放射ビーム１１に非点収差が導入されない場合、検出系の大きさκについての好ましい範囲の上限値は以下の式により与えられる。
【数５】

ここで、Ｗ₄₀は放射ビーム１１の最大直径における、すなわち開口数ＮＡ₀における厚さの差を生ずる単一光路に起因する球面収差であり、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。波長の単位としてのＷ₄₀は以下の式で与えられる。
【数６】

ここで、ｎは透明層の屈折率であり、Δｄは層２と２２との間の厚さの差である。ｋについての好適範囲の下限値はκ_maxの０．６倍である。不透明リングを有さず環状部分が放射ビームの直径の０．５５〜１倍で延在する対物レンズの実施例において、ＮＡ₁／ＮＡ₀の値は０．５５であり、検出系の最大の大きさは、ｋ_max＝１５λ／ＮＡ_Dで与えられる。λ及びＮＡ_Dについて上記の値を用いれば、これによりｋ_max＝９８μm及び５９μmの下側境界が得られる。放射ビームの直径の０．５５〜０．６５倍で延在するリング３８を有する実施例において、ＮＡ₁／ＮＡ₀の直径は０．６５となり、検出系の最大の大きさはκ_max＝２５λ／ＮＡ_Dにより与えられる。λ及びＮＡ_Dについて上述した値を用いると、κ_max＝１６２μmで９７μmの下側境界が得られる。不透明リングを用いる場合の検出系の許容されるより大きな大きさは、中央部分から環状部分への遷移における光線リングによる抑制に基づく。
【００３８】
非点収差の大きさは、好ましくは以下のようにする。
１．４κ_opt≦κ_max
【００３９】
一連の実験は、光学式走査装置において種々の対物レンズを用いた場合に検出系から取り出された種々の信号の品質を示している。第１の型式の記録媒体の透明層２の厚さは０．６ｍｍとし、第２の型式の記録媒体の第２の透明層の厚さは１．２ｍｍとした。レンズ全体の開口数は０．６とした。第２の型式の記録媒体を走査した場合に４個の検出素子３７〜４０の出力信号から取り出された情報信号は、本発明による球面収差補正のない対物レンズを用いた場合及び本発明による対物レンズを用いて場合とほぼ同一の品質を有していた。これは、異なる基板厚さについての球面収差補償を有する対物レンズの中央部分の存在は、第１の型式の記録媒体を再生する場合に情報信号の品質に顕著な影響を及ぼさないことを示している。
【００４０】
本発明による球面収差補償のない対物レンズを用いて第２の型式の記録媒体を再生する場合、情報信号中のジッタは約８％であった。中央部分に本発明による球面収差補正を有する対物レンズを用いる場合、ジッタは６％に低減した。対物レンズの第２の実施例による特別な焦点補正を付加すると、ジッタは５％に低下した。この特別な焦点補正を不透明リングで置き換えた場合、ジッタは同様に５％であった。第１の透明層を通る放射ビームの光路について補償するため中央部分及び環状部分の両方について球面収差補正された対物レンズにリングを被着した場合、有効なジッタの低下が達成されたことに注意されたい。
【００４１】
焦点誤差信号の品質は、放射ビームにより検出系付近に形成される非点収差の焦線の品質に強く依存する。第２の型式の記録媒体を走査する際の対物レンズの第１の実施例は、補正されていない対物レンズを用いた場合の焦線に比べて、焦線の品質が大幅に改善された。品質の改善により焦点サーボ系の制御範囲が増大し一層大きな検出素子を用いることができ、これにより第２の型式の記録媒体を再生する場合検出性能が一層改良される。また、検出系１４の位置決め公差も増大する。補正されていない既知の対物レンズを用い特定の走査装置において、検出系の１０μmの位置決め誤差により２μmの焦点オフセットが生じている。１０μmの位置決め誤差を有する同一の装置に補正された対物レンズを用いる場合、焦点オフセットは０．２μm以下であった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】第１の型式の記録媒体を走査する本発明による走査装置を示す。
【図１Ｂ】第２の型式の記録媒体を示す。
【図２Ａ】本発明による対物レンズをその光軸に沿って示す。
【図２Ｂ】不透明リングが設けられた本発明による対物レンズを示す。
【図３Ａ】対物レンズの第１の実施例の断面を示す。
【図３Ｂ】対物レンズの第３の実施例の断面を示す。
【図４】走査装置の検出装置を示す。

Claims (6)

1. 第１の厚さを有する第１の透明層を有する第１の型式の記録媒体の当該第１の透明層を通る前記放射ビームの光路を補償する第１の球面収差を前記放射ビームに導入する少なくとも１つの非球面の外側面を有する環状部分と、該環状部分の内側にある中央部分であって、前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の透明層を有する第２の型式の記録媒体の当該第２の透明層を通る前記放射ビームの光路を補償する第２の球面収差を前記放射ビームに導入する少なくとも１つの非球面の外側面を有する中央部分とを有し、一方の透明層を通る該放射ビームを単一の最良の焦点に集束させる対物レンズ。
2. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、対物レンズの前記中央部分及び前記環状部分が、ほぼ等しい有効焦点距離を有する対物レンズ。
3. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、対物レンズの前記中央部分の平均厚さを、前記第１の透明層を通過した後のＲＭＳ波面偏移が最小値となるようにした対物レンズ。
4. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記中央部分と前記環状部分との間に配置した不透明な中間リングを具える対物レンズ。
5. 第１の情報面及び第１の厚さの第１の透明層を有する第１の型式の記録媒体を走査すると共に、第２の情報面及び前記第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の型式の記録媒体を走査する光学式走査装置であって、放射ビームを発生する放射源と、一方の透明層を通る該放射ビームを単一の最良の焦点に集束する対物レンズとを具え、前記対物レンズの環状部分が前記第１の透明層を通る前記放射ビームの光路を補償する第１の球面収差を導入する少なくとも１つの非球面の外側面を有し、前記環状部分の内側の中央部分が前記第２の透明層を通る前記放射ビームの光路を補償する第２の球面収差を導入する少なくとも１つの非球面の外側面を有する光学式走査装置。
6. 請求項５に記載の光学式走査装置において、前記放射ビームの前記最良の焦点をほぼ第１の情報層に位置決めし、前記放射ビームの近軸焦点をほぼ第２の情報層に位置決めする手段を具える光学式走査装置。

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