JPWO1997033276A1 - Focusing device and optical disc device using same - Google Patents
Focusing device and optical disc device using sameInfo
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Abstract
(57)【要約】 記録媒体として、それぞれの厚みがhで、少なくとも一方の裏面に信号マークもしくは信号マークとなり得る反射層を備えた2枚の基板を貼り合わせて構成された光ディスク(100)が用いられる。この光ディスク(100)に対して、対物レンズ(203)を介してレーザビーム(210)が照射され、反射層からの反射光が光検出装置(213)によって検出される。この光検出装置(213)の出力は一方においては信号読取り装置(215)に供給され、他方においては対物レンズ(203)のフォーカスエラーを検出して光ディスク(100)に対する対物レンズ(203)の位置を制御するフォーカシング装置(216)に供給される。この光ディスク装置では、レーザ光源(206)の中心波長をλ0、レーザ光源の半値幅をΔλ、対物レンズの開口数をNA、対物レンズの焦点距離をf、基板材質の屈折率をn2、信号ピットへ照射されるレーザスポット光の最大径をdmaxとし、前記λ0、NA、f、dmaxに基づいて決定される最大半値幅Δλを求めるための一般関数式をgとしたとき、前記レーザ光源の半値幅Δλが下記式を満足している。 (57) [Abstract] An optical disk (100) is used as a recording medium, which is made by bonding together two substrates, each having a thickness h and at least one of which has a signal mark or a reflective layer that can become a signal mark on its back surface. A laser beam (210) is irradiated onto this optical disk (100) through an objective lens (203), and the light reflected from the reflective layer is detected by a photodetector (213). The output of this photodetector (213) is supplied to a signal reader (215) on the one hand, and to a focusing device (216) on the other hand, which detects a focus error of the objective lens (203) and controls the position of the objective lens (203) relative to the optical disk (100). In this optical disc device, when the central wavelength of the laser light source (206) is λ0 , the half-width of the laser light source is Δλ, the numerical aperture of the objective lens is NA, the focal length of the objective lens is f, the refractive index of the substrate material is n2 , and the maximum diameter of the laser spot light irradiated onto the signal pit is dmax, and when the general function formula for finding the maximum half-width Δλ determined based on λ0 , NA, f, and dmax is g, the half-width Δλ of the laser light source satisfies the following formula:
Description
【発明の詳細な説明】 フォーカシング装置およびこれを用いた光ディスク装置 [技術分野] 本発明は、ディジタル・ヴァーサタル・ディスク(Digital Versatile Disc 、以後、DVDと略記する)に対して信号の記録・再生を行うときに威力を発揮 するフォーカシング装置およびこれを用いたDVD用の光ディスク装置に関する 。[Detailed Description of the Invention] Focusing Device and Optical Disc Drive Using the Same [Technical Field] The present invention relates to a focusing device that is highly effective when recording and playing back signals on a Digital Versatile Disc (hereinafter abbreviated as DVD), and to an optical disc drive for DVDs that uses the same.
[背景技術] 近年、ディジタル信号処理技術、光ディスク製作技術、光ディスクへの記録 技術が飛躍的に進歩した。このような技術の進歩に伴って、最近では、従来のコ ンパクトディスク(以後、CDと略記する)と同等のサイズであるにも拘わらず 、記録容量を数倍に大きくした光ディスクが出現している。[Background Art] In recent years, there have been dramatic advances in digital signal processing, optical disc manufacturing, and optical disc recording technologies. These advances have led to the emergence of optical discs with recording capacities several times larger than conventional compact discs (CDs), despite being the same size.
この新しいタイプの光ディスクは、音声、画像、プログラム、コンピュータ 用データ等の情報をディジタル信号を用いて記録・再生するもので、一般に、D VDと呼称されている。このDVDについては、すでに世界的な規模で規格(以 後、DVD規格と略記する)が制定されており、マルチメディア時代にふさわし い汎用性に富んだ記録媒体として大いに期待されている。This new type of optical disc, commonly referred to as a DVD, records and plays back information such as audio, images, programs, and computer data using digital signals. A global standard for DVDs (hereafter referred to as the DVD standard) has already been established, and the disc is expected to become a versatile recording medium suited to the multimedia era.
DVD規格によると、DVDの直径はCDと同じ120(mm)である。厚みは CDと同じ1.2(mm)である。ただし、DVDにおいては記録容量を増大させ るために、0.6(mm)のディスクを2枚貼り合わせることによって、両面を使 って記録・再生が行える構成を採用している。一方、記録・読出しに使われるレ ーザビームの中心波長は650/635(nm)、記録・読出しに使われる対物レン ズの開口数(NA)は0.6、トラックピッチは0.74(μm)、最短ピット長0 .4(μm)、最長ピット長2.13(μm)である。このような仕様によって 、片面4ギガバイト以上の記録容量を実現している。According to the DVD standard, DVDs have the same diameter as CDs (120 mm) and thickness (1.2 mm). However, to increase storage capacity, DVDs use two 0.6 mm discs bonded together, allowing for double-sided recording and playback. The laser beam used for recording and reading has a central wavelength of 650/635 nm, the objective lens used for recording and reading has a numerical aperture (NA) of 0.6, the track pitch is 0.74 μm, the minimum pit length is 0.4 μm, and the maximum pit length is 2.13 μm. These specifications allow for a single-sided storage capacity of over 4 gigabytes.
ところで、上記仕様から判るように、DVDは、従来のCDに比べて、記録 層の深さ、つまり基板の表面から反射記録層までの深さが約1/2で、最短ピッ ト長およびトラックピッチも約1/2である。また、記録・読出しに使われるレ ーザビームの中心波長も、CDの場合の780(nm)に比べて大幅に短い。このた め、従来のCDプレヤーと同様な手法でフォーカスエラー信号を取得しようとし ても困難な場合が多い。As can be seen from the above specifications, the depth of the recording layer (i.e., the depth from the substrate surface to the reflective recording layer) of a DVD is approximately half that of a conventional CD, and the minimum pit length and track pitch are also approximately half. Furthermore, the center wavelength of the laser beam used for recording and reading is significantly shorter than the 780 nm used for CDs. For this reason, it is often difficult to obtain a focus error signal using techniques similar to those used with conventional CD players.
すなわち、この種の光ディスクでは前述した反射記録層にピットの形で信号 が記録される。この信号を光ディスクから読出す場合、通常は、回転している光 ディスクに対して対物レンズを介してレーザビームを照射し、この照射光が光デ ィスク内に形成されている反射記録層で反射した反射光を検出することによって 記録信号を取得する。同時に、上記反射光の一部を用いてフォーカスエラーを検 出し、このエラー信号を用いて対物レンズの焦点位置に反射記録層が位置するよ うに対物レンズのフォーカシング制御が行われる。このフォーカシング制御の優 劣は、対物レンズから反射記録層までの光学条件および使用するレーザビームの 特性等によって左右される。In other words, with this type of optical disc, signals are recorded in the form of pits on the reflective recording layer. To read these signals from the optical disc, a laser beam is typically projected onto the rotating optical disc through an objective lens, and the recorded signal is obtained by detecting the light reflected from the reflective recording layer formed within the optical disc. At the same time, a portion of the reflected light is used to detect a focus error, and this error signal is used to control the objective lens's focusing so that the reflective recording layer is positioned at the focal point of the objective lens. The quality of this focusing control depends on the optical conditions from the objective lens to the reflective recording layer and the characteristics of the laser beam used.
今まで知られているDVDプレーヤでは、CDプレーヤと同様な手法でフォ ーカシング制御が行われている。しかし、このような手法では、上述した光学条 件によっては精度の高い制御が行えず、これが原因して再生信号のS/Nの低下 やジッタの劣化を招くなどの問題があった。Previously known DVD players have used a focusing control method similar to that used in CD players. However, this method has not been able to achieve high-precision control due to the optical conditions described above, which has led to problems such as a decrease in the signal-to-noise ratio of the playback signal and increased jitter.
[発明の開示] そこで本発明は、光ディスクの光学条件に左右されることなく、精度の高い フォーカシング制御が行えるフォーカシング装置およびこれを用いて精度の高い 記録・再生が行えるDVD用の光ディスク装置を提供することを目的としている 。[DISCLOSURE OF THE INVENTION] The present invention aims to provide a focusing device that can perform highly accurate focusing control without being affected by the optical conditions of the optical disc, and an optical disc device for DVDs that can use this focusing device to perform highly accurate recording and playback.
この発明の1つの実施例に基づく光ディスク装置では、記録媒体として、そ れぞれの厚みがhで、少なくとも一方の裏面に信号マークもしくは信号マークと なり得る反射層を備えた2枚の基板を貼り合わせて構成された光ディスクが用い られる。そして、上記光ディスクに対して、対物レンズを介してレーザビームを 照射し、前記反射層からの反射光を検出する光検出装置が設けられる。この光検 出装置の出力は一方においては信号読取り装置に供給され、他方においては対物 レンズのフォーカスエラーを検出して光ディスクに対する対物レンズの位置を制 御するフォーカシング装置に供給される。An optical disk device according to one embodiment of the present invention uses, as a recording medium, an optical disk formed by bonding two substrates, each having a thickness h, with a signal mark or a reflective layer capable of becoming a signal mark on the back surface of at least one of the substrates. A photodetector is provided for irradiating the optical disk with a laser beam through an objective lens and detecting light reflected from the reflective layer. The output of the photodetector is supplied to a signal reader on one side and to a focusing device that detects a focus error of the objective lens and controls the position of the objective lens relative to the optical disk on the other side.
ここで、この光ディスク装置では、前記レーザビームの中心波長をλ0、そ の半値幅をΔλ、前記対物レンズの開口数をNA、前記光ディスクを構成している 基板材質の屈折率をn2としたとき、前記レーザビームの半値幅Δλが、次の(1) 式を満たしていることを特徴としている。換言すると、(1)式を満たすレーザビ ームを出力するレーザ光源を用いている。 Here, this optical disc device is characterized in that, when the central wavelength of the laser beam is λ0 , its half-width is Δλ, the numerical aperture of the objective lens is NA, and the refractive index of the substrate material that makes up the optical disc is n2 , the half-width Δλ of the laser beam satisfies the following formula (1): In other words, a laser light source that outputs a laser beam that satisfies formula (1) is used.
Δλ≧λ0 2/{2h(n2 2−NA2)0.5} ・・・(1) なお、Δλには自ずと上限がある。すなわち、Δλに基づく対物レンズの色 収差を考慮して、許容できる最大のレーザスポット光径dmaxを与える条件によ って制限される。具体的には、対物レンズの焦点距離をf、前記λ0、NA、dmax に基づいて決定される最大半値幅Δλを求めるための一般関数式をgとしたとき 、半値幅Δλは、 Δλ≦g(λ0,NA,f,dmax) が上限となる。 Δλ≧ λ02 /{ 2h ( n22 - NA2 ) 0.5 } (1)Note that Δλ naturally has an upper limit. That is, it is limited by the condition that gives the maximum allowable laser spot beam diameter dmax, taking into account the chromatic aberration of the objective lens based on Δλ. Specifically, when the focal length of the objective lens is f and the general function for finding the maximum half-width Δλ determined based on the λ0 , NA, and dmax is g, the upper limit of the half-width Δλ is Δλ≦g( λ0 , NA, f, dmax).
この光ディスク装置によると、レーザ光源から出たレーザビームは、対物レ ンズを通った後に光ディスクに照射される。この照射光のうちの一部は、光ディ スクの表面で反射される。この光ディスクの表面で反射された反射光をU1とす る。一方、残りの光は、光ディスクの表層部を形成している透明材層(基板)に 入射した後に信号マークを形成している反射層で反射され、再び透明材層を通っ て光ディスクの表面から出射する。この出射光をU2とする。 In this optical disc device, a laser beam emitted from a laser light source passes through an objective lens and is then irradiated onto an optical disc. A portion of this irradiated light is reflected by the surface of the optical disc. The reflected light reflected by the surface of this optical disc is designated U1 . Meanwhile, the remaining light is incident on a transparent material layer (substrate) that forms the surface portion of the optical disc, and is then reflected by a reflective layer that forms signal marks, passes through the transparent material layer again, and is emitted from the surface of the optical disc. This emitted light is designated U2 .
ここで、入射光束の最大角度をθ1(ただし、sinθ1=NA)、空気の屈折率をn1 、透明材層における屈折角度をθ2として、U1とU2との光路差ΔLを求めると 、この光路差ΔLは(2)式で示される。 Here, if the maximum angle of the incident light beam is θ1 (where sinθ1 = NA), the refractive index of air is n1 , and the refraction angle in the transparent material layer is θ2 , the optical path difference ΔL between U1 and U2 can be calculated using equation (2).
ΔL=2・n2・h・cosθ2 ・・・(2) また、スネルの法則より、 n1・sinθ1=n2・sinθ2 ・・・(3) が成り立つ。 ΔL=2·n 2 ·h·cos θ 2 (2) Furthermore, according to Snell's law, the following holds: n 1 ·sin θ 1 =n 2 ·sin θ 2 (3)
一方、レーザビームの可干渉距離Lcは、 Lc=λ0 2/Δλ ・・・(4) で示される。 On the other hand, the coherence length Lc of the laser beam is expressed as follows: Lc=λ 0 2 /Δλ (4)
したがって、もしも、光路差ΔLが可干渉距離Lcよりも短いときには、光 ディスクの表面と内部の反射層との間で光波の干渉が生じる。このような条件の 場合、光ディスクが周方向あるいは半径方向に厚みむらを持っていたり、メーカ 毎に光ディスクの厚みにばらつきがあったりした場合には、上述した干渉の影響 で、フォーカスエラー信号が光ディスクの回転に同期して変動する。この結果、 精度の高いフォーカシング制御ができなくなり、再生信号のS/N低下およびジ ッタの劣化を招くことになる。Therefore, if the optical path difference ΔL is shorter than the coherence length Lc, optical wave interference occurs between the surface of the optical disc and its internal reflective layer. Under these conditions, if the optical disc has thickness variations in the circumferential or radial direction, or if there is variation in the thickness of optical discs from different manufacturers, the above-mentioned interference will cause the focus error signal to fluctuate in synchronization with the rotation of the optical disc. As a result, high-precision focusing control will be impossible, resulting in a decrease in the S/N ratio and increased jitter in the playback signal.
このような干渉強度の変動がフォーカスエラー信号へ及ぼす影響についてさ らに詳しく説明する。The effect of such fluctuations in interference intensity on the focus error signal will now be described in more detail.
光ディスクの表面と内部の反射層との間で光波が多重反射および干渉したと き、屈折率n2の基板より屈折率n1の空気側に出射する全光束の強度Irは次式 で示される。 When light waves are multiple-reflected and interfere between the surface and the internal reflective layer of an optical disk, the intensity Ir of the total luminous flux emitted from the substrate with refractive index n2 to the air side with refractive index n1 is expressed by the following equation:
Ir={4R・sin2・δ/2・Ii}/{(1-R)2+4R・sin2・δ/2} ・・・(5) (5)式において、Iiは入射光強度、Rは空気(屈折率n1)と基板(屈折率 n2)との境界面での反射率を示す。また、δは境界面での反射光U1と情報記録 面である反射層での反射光U2との位相差に関係し、次の式で与えられる。 Ir = {4R sin2 δ/2 Ii} / {(1-R)2 + 4R sin2 δ/2} (5) In equation (5), Ii is the incident light intensity, and R is the reflectance at the interface between air (refractive index n1 ) and the substrate (refractive index n2 ). δ is related to the phase difference between reflected light U1 at the interface and reflected light U2 from the reflective layer, which is the information recording surface, and is given by the following equation:
δ=(2π/λ0)・ΔL=(4πn2/λ0)h・cosθ2 ・・・(6) (2)式より、(6)式は、次のようになる。 δ=(2π/λ 0 )·ΔL=(4πn 2 /λ 0 )h·cos θ 2 (6) From equation (2), equation (6) becomes as follows.
δ=(4π/λ0)h・(n2 2−n1 2・sin2θ1)0.5 ・・・(7) (5)式から、位相差δが0からπまで変化すると、干渉強度は0(暗)から 最大(明)までの値をとることが判る。したがって、(7)式より、干渉縞の明・ 暗の周期Δhは、 Δh=λ0/{4(n2 2−n1 2・sin2θ1)0.5} ・・・(8) で与えられる。 δ=(4π/ λ0 )h・( n22 − n12 ・ sin2θ1 ) 0.5・・・(7) From equation ( 5 ), we can see that when the phase difference δ changes from 0 to π, the interference intensity takes on values ranging from 0 (dark) to maximum (bright). Therefore, from equation (7), the period Δh of the light and dark interference fringes is given by Δh= λ0 /{4( n22 − n12 ・ sin2θ1 ) 0.5 }・・・(8)
(8)式のn1,n2およびθ1値として、それぞれn1=1(空気)、n2=1. 5(基板材料)、θ1=0〜36.9deg(DVD規格では NA=0.6=sinθ1であり、 これより最大入射角が求まる)を代入すると、干渉縞明暗の周期Δhの最小値お よび最大値は、それぞれΔhmin=λ0/6、Δhmax=λ0/5.5となる。 Substituting n1 = 1 (air), n2 = 1.5 (substrate material), and θ1 = 0 to 36.9 deg (the DVD standard specifies NA = 0.6 = sinθ1 , from which the maximum angle of incidence can be determined) into equation (8) for n1, n2 , and θ1, the minimum and maximum values of the period Δh of the light and dark interference fringes become Δhmin = λ0 /6 and Δhmax = λ0 /5.5, respectively.
DVD規格によれば、使用レーザビームの中心波長λ0は、λ0=650/635(nm )である。したがって、中心波長λ0=635(nm)のレーザビームを使用した場合に は、Δhmin=0.105(μm)、Δhmax=0.115(μm)となる。このように、Δ hminとΔhmaxとの差は僅かに0.01(μm)である。このため、開口数NA=0.6 の範囲内に存在する光束はほぼ同じΔh(つまり基板の厚さむら)に対して、そ れらの干渉強度が変動する。このため、光ディスクの回転に伴って基板の厚みが 変動すると、干渉縞は最大幅で明から暗へと変化し、その結果、フォーカスエラ ー信号も変動することになる。 According to the DVD standard, the central wavelength λ0 of the laser beam used is λ0 = 650/635 (nm). Therefore, when a laser beam with a central wavelength λ0 = 635 (nm) is used, Δhmin = 0.105 (μm) and Δhmax = 0.115 (μm). Thus, the difference between Δhmin and Δhmax is only 0.01 (μm). Therefore, for light beams within a numerical aperture NA = 0.6, their interference intensity fluctuates for approximately the same Δh (i.e., uneven substrate thickness). Therefore, when the substrate thickness fluctuates as the optical disc rotates, the interference fringes change from bright to dark at their maximum width, resulting in a fluctuation in the focus error signal.
しかし、この発明では、半値幅Δλが(1)式を満たすレーザビームを使用し ている。このため、光路差ΔLよりも可干渉距離Lcを短くでき、この結果とし て光ディスクの表面と内部の反射層との間での光波の多重干渉を防止できる。し たがって、この発明によれば、フォーカスエラーを精度よく検出することができ るので、精度の高いフォーカシング制御が可能となり、再生信号のS/N低下お よびジッタの劣化を防止することができる。However, this invention uses a laser beam whose half-width Δλ satisfies equation (1). This allows the coherence length Lc to be shorter than the optical path difference ΔL, thereby preventing multiple interference of light waves between the surface and the internal reflective layer of the optical disc. Therefore, this invention allows for accurate detection of focus errors, enabling highly accurate focusing control and preventing a decrease in the S/N ratio and jitter in the playback signal.
[図面の簡単な説明] 図1は、この発明に係る光ディスク装置のブロック構成図。[Brief Description of the Drawings] Figure 1 is a block diagram of an optical disc device according to the present invention.
図2は、図1に示す装置において記録媒体として使用されるDVDの斜視図 。FIG. 2 is a perspective view of a DVD used as a recording medium in the device shown in FIG.
図3は、図2に示されるDVDの断面を局部的に示す図。3 is a partial cross-sectional view of the DVD shown in FIG. 2. FIG.
図4は、図1に示される装置の光学系統を取り出して示す図。FIG. 4 is a diagram showing an optical system of the apparatus shown in FIG. 1 .
図5は、図4に示される光学系統に組み込まれてフォーカスエラー信号の取 得に供される光センサの正面図。FIG. 5 is a front view of an optical sensor incorporated in the optical system shown in FIG. 4 to acquire a focus error signal.
図6は、図4に示される光学系統に組み込まれて信号の記録・読出しおよび フォーカシング制御に使用されるレーザダイオードのパワースペクトルを示す図 。Figure 6 shows the power spectrum of a laser diode incorporated into the optical system shown in Figure 4 and used for signal recording/readout and focusing control.
図7は、図1に示される装置において検出されるフォーカスエラー信号を示 す図。FIG. 7 is a diagram showing a focus error signal detected in the apparatus shown in FIG.
図8は、この発明に係る光ディスク装置では使用できないレーザダイオード のパワーペクトルを示す図。FIG. 8 shows the power spectrum of a laser diode that cannot be used in the optical disk device according to the present invention.
図9は、図8に示す特性のレーザダイオードを使用したときに得られるフォ ーカスエラー信号を示す図。FIG. 9 shows a focus error signal obtained when using a laser diode having the characteristics shown in FIG.
図10は、この発明に係る光ディスク装置において使用可能な別のレーザダ イオードのパワーペクトルを示す図。FIG. 10 is a diagram showing the power spectrum of another laser diode that can be used in the optical disk device according to the present invention.
図11は、この発明に係る光ディスク装置において使用可能なさらに別のレ ーザダイオードのパワースペクトルを示す図。FIG. 11 is a diagram showing the power spectrum of yet another laser diode that can be used in the optical disc device according to the present invention.
図12は、この発明に係るフォーカシング装置を組み込んだDVD原盤製造 装置の概略構成図。FIG. 12 is a schematic diagram of a DVD master manufacturing apparatus incorporating the focusing device of the present invention.
図13は、図12に示される装置に組み込まれたフォーカシング装置の要部 を示す図。FIG. 13 shows the main components of the focusing device incorporated in the device shown in FIG.
図14は、図13に示されるフォーカシング装置に組み込まれてフォーカシ ング制御に使用されるレーザダイオードのパワースペクトルを示す図。の 図15は、この発明の別の実施例に係るフォーカシング装置を組み込んだ露 光装置の概略構成図。Figure 14 shows the power spectrum of a laser diode incorporated into the focusing device shown in Figure 13 and used for focusing control. Figure 15 is a schematic diagram of an exposure device incorporating a focusing device according to another embodiment of the present invention.
[発明を実施するための最良の形態] 図1には、この発明に係る光ディスク装置、ここにはDVDプレーヤが示さ れている。[Best Mode for Carrying Out the Invention] Figure 1 shows an optical disc device, in this case a DVD player, according to the present invention.
符号100は光ディスクとしてのDVDを示している。このDVD100は DVD規格に準拠して製作されたもので、具体的には、図2および図3に示すよ うに形成されている。Reference numeral 100 denotes a DVD as an optical disc. This DVD 100 is manufactured in accordance with the DVD standard and is specifically formed as shown in Figures 2 and 3.
すなわち、DVD100は、ディスク状に形成された厚さ0.6(mm)の第 1および第2の情報記録部材101,102を貼り合わせて全体の厚みが約1. 2(mm)に形成されている。第1および第2の情報記録部材101,102は、 それぞれ透光性基板103,104を備えている。これら透光性基板103,1 04の背面には、圧縮動画像情報などの記録情報に対応するピットを持つととも に光を反射させる反射層105,106が被着されている。これら反射層105 ,106の上には、該反射層の酸化を防止のための保護層107,108がそれ ぞれ設けられている。そして、第1および第2の情報記録部材101,102は 、保護層107と108との間に介挿された熱硬化性の接着剤からなる接着層1 0 9によって貼り合わされている。なお、DVD100の中央にはクランピングの ためのクランピング用孔110が設けられており、その周囲にはクランピングゾ ーン111が設けられている。That is, DVD 100 is formed by bonding first and second information recording members 101, 102, each 0.6 mm thick, formed into a disc shape, to a total thickness of approximately 1.2 mm. First and second information recording members 101, 102 each include a light-transmitting substrate 103, 104, respectively. Reflective layers 105, 106, which have pits corresponding to recorded information such as compressed motion picture information and which reflect light, are applied to the back surfaces of these light-transmitting substrates 103, 104. Protective layers 107, 108, respectively, are provided on these reflective layers 105, 106 to prevent oxidation of the reflective layers. The first and second information recording members 101, 102 are bonded together by adhesive layer 109, which is made of a thermosetting adhesive and is sandwiched between protective layers 107, 108. A clamping hole 110 for clamping is provided in the center of the DVD 100, and a clamping zone 111 is provided around it.
DVD100を構成している各部の材質について説明すると、透光性基板1 03,104はポリカーボネイトまたはポリカーボネイトあるいはPMMA(ポ リメチルメタクリレート)を含む樹脂によって作られている。反射層105,1 06は、アルミニウム薄膜で形成されている。保護層107,108は、光硬化 性樹脂(紫外線硬化樹脂)により形成されている。接着層109はホットメルト 接着剤(熱可塑性樹脂接着剤)、例えばポリビニルエーテルパラフィン系の材料 ;[−CH2−CH=CH−CH2]n−[CH2−CH(OCH3)−]n′から なる。 Regarding the materials of each part constituting the DVD 100, the light-transmitting substrates 103 and 104 are made of polycarbonate or a resin containing polycarbonate or PMMA (polymethyl methacrylate). The reflective layers 105 and 106 are formed of a thin aluminum film. The protective layers 107 and 108 are formed of a photocurable resin (ultraviolet curable resin). The adhesive layer 109 is made of a hot-melt adhesive (thermoplastic resin adhesive), such as a polyvinyl ether paraffin-based material: [ -CH2 -CH=CH- CH2 ]n-[ CH2 -CH(OCH3)-] n '.
図1に示される光ディスク装置では、DVD100がテーパコーン200に チャッキングされた状態でスピンドルモータ201によって、たとえば1350 (rpm)の回転数で回転される。スピンドルモータ201は、スピンドルモータ駆 動回路202により駆動される。一方、記録・再生光学系は次のように構成され ている。すなわち、DVD100の片方の面に対向させて対物レンズ203が配 置されている。この対物レンズ203は、フォーカスコイル204によって光軸 方向に、またトラッキングコイル205によってトラック幅方向に移動制御され る。対物レンズ203に対向する位置には、半導体レーザダイオード(以後、L Dと略記する)206が対物レンズ203と一体に移動可能に配置されており、 このLD206はLDドライバ207によって付勢される。In the optical disc device shown in FIG. 1, a DVD 100 is chucked to a tapered cone 200 and rotated by a spindle motor 201 at a rotation speed of, for example, 1350 rpm. The spindle motor 201 is driven by a spindle motor drive circuit 202. Meanwhile, the recording/playback optical system is configured as follows: An objective lens 203 is disposed facing one side of the DVD 100. Movement of the objective lens 203 is controlled in the optical axis direction by a focus coil 204 and in the track width direction by a tracking coil 205. Opposite the objective lens 203 is a semiconductor laser diode (hereinafter abbreviated as LD) 206, which is disposed so as to be movable integrally with the objective lens 203. The LD 206 is energized by an LD driver 207.
LD206から射出されたレーザビームは、コリメートレンズ208で平行 光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ209に入射する。LD206から 射出したレーザビームは一般に楕円のファーフィールドパターンを有しているの で、円形のパターンが必要な場合はコリメートレンズ208の後に図示しないビ ーム整形プリズムを配置すればよい。The laser beam emitted from the LD 206 is converted into a parallel beam by a collimating lens 208 and then enters a polarizing beam splitter 209. Since the laser beam emitted from the LD 206 generally has an elliptical far-field pattern, if a circular pattern is required, a beam shaping prism (not shown) can be placed after the collimating lens 208.
偏光ビームスプリッタ209を通過したレーザビームは、対物レンズ203 によって絞られ、図3および図4に示すように、DVD100の透光性基板10 3または104に入射する。この例において、対物レンズ203の開口数NAは 、 DVD規格に準拠して0.6である。The laser beam passing through the polarizing beam splitter 209 is focused by the objective lens 203 and, as shown in FIGS. 3 and 4, is incident on the light-transmitting substrate 103 or 104 of the DVD 100. In this example, the numerical aperture NA of the objective lens 203 is 0.6, in accordance with the DVD standard.
ここで、LD206の発光特性、つまりLD206のパワースペクトルにつ いて説明する。すなわち、図4に示すように、透光性基板104(103)の厚 みをh、透光性基板104(103)へ入射する入射光束210の最大角度をθ1 (ただし、sinθ1=NA)、空気の屈折率をn1、透光性基板104(103)に おける屈折角度をθ2、LD206から射出されるレーザビーム、つまり入射光 速210の中心波長をλ0、その半値幅をΔλとしたとき、LD206として、 Δλ≧λ0 2/{2h(n2 2−NA2)0.5} の条件を満たすものが用いられている。 Here, we will explain the light emission characteristics of the LD 206, that is, the power spectrum of the LD 206. That is, as shown in Fig. 4, when the thickness of the light-transmitting substrate 104 (103) is h, the maximum angle of the incident light beam 210 incident on the light-transmitting substrate 104 (103) is θ1 (where sin θ1 = NA), the refractive index of air is n1 , the refraction angle in the light-transmitting substrate 104 (103) is θ2, the center wavelength of the laser beam emitted from the LD 206, that is, the incident light beam 210, is λ0 , and its half-width is Δλ, the LD 206 used satisfies the condition Δλ≧ λ02 /{ 2h ( n22 - NA2 ) 0.5 }.
具体的には、図6に示すように、たとえば中心波長λ0=635(nm)、半値 幅Δλ=0.5(nm)のLDが用いられている。 Specifically, as shown in FIG. 6, for example, an LD having a central wavelength λ 0 =635 (nm) and a half-width Δλ=0.5 (nm) is used.
再生時、対物レンズ203を介してDVD100の透光性基板104(10 3)に入射したレーザビームは、反射層106(105)上に微小なビームスポ ットとして集束される。そして、反射層106(105)からの反射光は、対物 レンズ203内を入射光とは逆方向に通過した後、偏光ビームスプリッタ209 で反射され、集光レンズ211およびシリンドリカルレンズ212などの検出光 学系を経て光検出器213に入射する。During playback, a laser beam incident on the light-transmitting substrate 104 (103) of the DVD 100 via the objective lens 203 is focused as a tiny beam spot on the reflective layer 106 (105). The reflected light from the reflective layer 106 (105) passes through the objective lens 203 in the opposite direction to the incident light, is reflected by the polarizing beam splitter 209, and passes through a detection optical system including a condenser lens 211 and a cylindrical lens 212 before entering a photodetector 213.
光検出器213は、図5に示すように、同一平面上に配置された4つの光検 出素子214a〜214dで構成されている。この光検出器213の4つの検出 出力はアンプと加減算器などを含むアンプアレー215に入力され、ここでフォ ーカスエラー信号F、トラッキングエラー信号Tおよび再生信号Sが生成される 。As shown in Figure 5, photodetector 213 is composed of four photodetector elements 214a-214d arranged on the same plane. The four detection outputs of photodetector 213 are input to amplifier array 215, which includes amplifiers and adder-subtractors, and generates a focus error signal F, a tracking error signal T, and a playback signal S.
なお、トラッキングエラー信号Tは、公知のプッシュプル法と呼ばれる手法 によって求められる。また、フォーカスエラー信号Fは、公知の非点収差法で求 められる。この非点収差法では、図5に示す光検出素子のうちの対角線上に位置 する光検出素子214aの出力Iaと光検出素子214bの出力Ibとを加算し、 この加算信号から、光検出素子214cの出力Icと光検出素子214dの出力Id とを加算した信号を減算し、この減算信号からフォーカスエラー信号を得るよう にしている。The tracking error signal T is obtained by a known technique called the push-pull method. The focus error signal F is obtained by a known astigmatism method. In this astigmatism method, the output Ia of the diagonally opposite photodetector element 214a (shown in FIG. 5) and the output Ib of the photodetector element 214b are added together, and a signal obtained by adding the output Ic of the photodetector element 214c and the output Id of the photodetector element 214d is subtracted from this sum signal, and the focus error signal is obtained from this subtraction signal.
フォーカスエラー信号Fおよびトラッキングエラー信号Tは、サーボコント ローラ216を経由してフォーカスコイル204およびトラッキングコイル20 5にそれぞれ供給される。これにより、対物レンズ203が光軸方向およびトラ ック幅方向に移動制御され、DVD100の記録面である反射層106(105 )に対する光ビームのフォーカシングと、目標トラックに対するトラッキングと が行われる。The focus error signal F and the tracking error signal T are supplied to the focus coil 204 and the tracking coil 205, respectively, via the servo controller 216. This controls the movement of the objective lens 203 in the optical axis direction and the track width direction, thereby focusing the light beam on the reflective layer 106 (105), which is the recording surface of the DVD 100, and tracking the light beam on the target track.
一方、アンプアレー215からの再生信号Sは信号処理回路217に入力さ れ、ここで波形等化および2値化処理が施される。2値化処理では、波形等化後 の再生信号をPLL(位相同期回路)とデータ識別回路とに導き、PLLによっ て再生信号からDVD100に情報を記録したときの基本クロックであるチャネ ルクロックを抽出する。そして、チャネルクロックに基づいて再生信号の「0」 ,「1」を識別することにより、DVD100に記録されている情報のデータ識 別を行い、データパルスを得る。すなわち、チャネルクロックの立ち上がりまた は立ち下がりのタイミングを基準とする所定の時間幅(検出窓幅またはウインド ウ幅という)内で波形等化後の再生信号を適当なしきい値と比較することにより 、データ識別を行う。Meanwhile, the playback signal S from the amplifier array 215 is input to the signal processing circuit 217, where it undergoes waveform equalization and binarization. During binarization, the waveform-equalized playback signal is fed to a PLL (phase-locked loop) and a data discrimination circuit, where the PLL extracts the channel clock, which is the basic clock used when recording information on DVD 100, from the playback signal. The playback signal is then discriminated between "0" and "1" based on the channel clock, thereby identifying the data recorded on DVD 100 and obtaining a data pulse. Specifically, data discrimination is performed by comparing the waveform-equalized playback signal with an appropriate threshold value within a predetermined time period (called the detection window width or window width) based on the timing of the rising or falling edge of the channel clock.
こうして信号処理回路217から検出されたデータパルスはディスクコント ローラ218に入力され、フォーマットの解読、エラー訂正などが行われた後、 動画像情報のビットストリームとしてMPEG2デコーダ/コントローラ219 に入力される。DVD100には、MPEG2の規格に従って動画像情報を圧縮 符号化したデータが反射層105,106上のピットパターンとして記録されて いる。そこで、MPEG2デコーダ/コントローラ219は、入力されたビット ストリームを復号(伸長)して、元の動画像情報を再生する。The data pulses detected by signal processing circuit 217 are input to disc controller 218, where they undergo format decoding, error correction, and other processes before being input to MPEG2 decoder/controller 219 as a bit stream of video information. On DVD 100, video information compressed and encoded according to the MPEG2 standard is recorded as a pit pattern on reflective layers 105 and 106. MPEG2 decoder/controller 219 then decodes (decompresses) the input bit stream to reproduce the original video information.
再生された動画像情報はビデオ信号発生回路220に入力され、ブランキン グ信号などが付加されることにより、NTSCフォーマットなどの所定のテレビ ジョンフォーマットのビデオ信号とされ、図示しないディスプレイにより表示さ れる。The reproduced moving image information is input to a video signal generating circuit 220, where a blanking signal and other signals are added to produce a video signal in a predetermined television format, such as NTSC, and the video signal is displayed on a display (not shown).
先に説明したように、このDVD用の光ディスク装置では、(1)式の条件を 満たす発光特性のLD206を用いているので、(2)式で示される光路差ΔLに 対して、(4)式で示される可干渉距離Lcを短くできる。この結果、DVD100 の表面と内部の反射層105(106)との間で光波の干渉が生じるのを防止で きる。As explained above, this DVD optical disc device uses an LD 206 with light emission characteristics that satisfy the condition of equation (1), so the coherence length Lc expressed by equation (4) can be shortened relative to the optical path difference ΔL expressed by equation (2). As a result, optical wave interference between the surface of the DVD 100 and the internal reflective layer 105 (106) can be prevented.
具体的な数値で説明すると、LD206はたとえば中心波長λ0=635(nm )、半値幅Δλ=0.5(nm)のレーザビームを送出する。したがって、このレー ザビームの可干渉距離Lcは、(4)式からLc=0.8(mm)となる。一方、DV D100はDVD規格に準拠して厚さh=0.6(mm)の情報記録部材101, 102を貼り合わせたものであり、また対物レンズ203もDVD規格に準拠し て開口数NA=0.6に設定されている。したがって、情報記録部材101,10 2を構成している透光性基板103,104が屈折率n2=1.5のポリカーボ ネイトで形成されているものとすると、光路差ΔLは、(2)式より、ΔL=1. 650(mm)となる。 To explain this numerically, for example, the LD 206 emits a laser beam with a center wavelength λ 0 = 635 (nm) and a half-width Δλ = 0.5 (nm). Therefore, the coherence length Lc of this laser beam is calculated as Lc = 0.8 (mm) from equation (4). Meanwhile, the DVD 100 is made by bonding together information recording media 101 and 102 with a thickness h = 0.6 (mm) in accordance with the DVD standard, and the objective lens 203 is also set to a numerical aperture NA = 0.6 in accordance with the DVD standard. Therefore, if the light-transmitting substrates 103 and 104 constituting the information recording media 101 and 102 are made of polycarbonate with a refractive index n 2 = 1.5, the optical path difference ΔL is calculated as ΔL = 1.650 (mm) from equation (2).
このように、半値幅Δλが(1)式を満たすレーザビームを使用している。こ のため、光路差ΔLよりも可干渉距離Lcを短くでき、この結果としてDVD1 00の表面と内部の反射層との間で光波の多重干渉が生じるのを防止できる。し たがって、対物レンズ203のフォーカス方向変位ΔZに対して、図7に示すよ うに直線的に変化するフォーカスエラー信号を取得することができる。この結果 、精度の高いフォーカシング制御が可能となり、再生信号のS/N低下およびジ ッタの劣化を防止することができる。In this way, a laser beam whose half-width Δλ satisfies equation (1) is used. This allows the coherence length Lc to be shorter than the optical path difference ΔL, thereby preventing multiple interference of light waves between the surface of the DVD 100 and the internal reflective layer. Therefore, as shown in FIG. 7, a focus error signal that changes linearly with the focus direction displacement ΔZ of the objective lens 203 can be obtained. This enables highly accurate focusing control, preventing a decrease in the S/N ratio and jitter degradation of the playback signal.
なお、半値幅Δλが(1)式を満たさないレーザビームを使用した場合、たと えば図8に示すように、中心波長λ0=685(nm)、半値幅Δλ=0.2(nm)のレ ーザビームを使用した場合には次のようになる。すなわち、この場合の可干渉距 離Lcは、Lc=2.34(mm)となり、光路差ΔL=1.650(mm)よりも長 い。このため、U1とU2(図5参照)との干渉を防止することができない。この結 果、対物レンズのフォーカス方向変位ΔZに対して、図9に示すように、脈動的 に変化するフォーカスエラー信号しか取得することができない。 If a laser beam whose half-width Δλ does not satisfy equation (1), for example, a laser beam with a center wavelength λ0 = 685 (nm) and a half-width Δλ = 0.2 (nm) as shown in Figure 8, is used, the following occurs: In this case, the coherence length Lc is Lc = 2.34 (mm), which is longer than the optical path difference ΔL = 1.650 (mm). Therefore, interference between U1 and U2 (see Figure 5) cannot be prevented. As a result, only a focus error signal that changes pulsatingly with respect to the focus direction displacement ΔZ of the objective lens can be obtained, as shown in Figure 9.
上記説明から判るように、記録媒体としてDVDを用いる光ディスク装置さ らには将来出現すると予想されるHight Definition−DVDと呼ばれている高精 細なDVDを取り扱う光ディスク装置において、より精度の高い記録・再生を実 現するには、前述したU1とU2との干渉を回避する必要がある。そのためには、 たとえばDVDに厚みむらがあった場合でも、光路差ΔLが常に可干渉距離Lc よりも長いことが必要である。可干渉距離Lcを短くするには、半値幅Δλの大 きいLDの使用が望まれる。 As can be seen from the above explanation, in order to achieve more accurate recording and playback in optical disk devices that use DVDs as recording media, and in optical disk devices that handle high-definition DVDs known as High Definition DVDs that are expected to appear in the future, it is necessary to avoid the interference between U1 and U2 mentioned above. To do this, it is necessary for the optical path difference ΔL to always be longer than the coherence length Lc, even if the DVD has uneven thickness, for example. To shorten the coherence length Lc, it is desirable to use an LD with a large half-width Δλ.
このようなLDの1つのパワースペクトルを図10に示す。この図から判る ように、このLDは中心波長λ0=650(nm)、半値幅Δλ=0.3(nm)である。 The power spectrum of one such LD is shown in Figure 10. As can be seen from this figure, this LD has a central wavelength λ 0 =650 (nm) and a half-width Δλ=0.3 (nm).
このLDの可干渉距離Lcを計算すると、Lc=1.408(mm)となり、光路差 ΔL=1.65(mm)よりも短い。したがって、U1とU2との干渉を防止するこ とができる。The coherence length Lc of this LD is calculated to be Lc = 1.408 (mm), which is shorter than the optical path difference ΔL = 1.65 (mm). Therefore, interference between U1 and U2 can be prevented.
また、Hight Definition−DVDを取り扱う光ディスク装置では、図11に 示すように、中心波長λ0=417(nm)程度のレーザビームを使用する必要があ る。そこで、(1)式に、λ0=417(nm)、h=0.6(mm)、n2=1.5を 代入して必要な半値幅Δλを求めてみると、Δλ≧0.105(nm)となる。すな わち、Hight Definition−DVDを取り扱う光ディスク装置では、中心波長λ0 が410(nm)から420(nm)で、半値幅Δλが0.105(nm)以上であることが 必要である。なお、Hight Definition−DVDよりさらに機能アップさせた光デ ィスク装置でも、(1)式より、U1とU2とが干渉するのを防止できる半値幅Δλ を求めることができる。In addition, in an optical disc device that handles High Definition DVDs, as shown in FIG. 11, the center wavelength λ0Therefore, it is necessary to use a laser beam of about λ = 417 (nm).0=417(nm), h=0.6(mm), n2= 1.5 Substituting this, we obtain the required half-width Δλ, which is Δλ ≥ 0.105 (nm). In other words, for optical disc devices that handle High Definition DVDs, the center wavelength λ0 The wavelength must be between 410 nm and 420 nm, with a half-width Δλ of 0.105 nm or greater. In addition, even for optical disc devices with more advanced features than High Definition DVD, U1and U2and interference can be prevented.
なお、上記実施例においては、光デイスクの一例としてDVDプレーヤを示 したが、プログラムやコンピュータ用データ等を記録・再生するためのROM( DVD−ROM)やRAM(DVD−RAM)等にも適用できる。In the above embodiment, a DVD player is shown as an example of an optical disc, but the present invention can also be applied to ROM (DVD-ROM) and RAM (DVD-RAM) for recording and playing programs, computer data, etc.
図12には、この発明に係るフォーカシング装置を備えた光ディスク用原盤 記録装置が示されている。この原盤記録装置は、原盤作製の初期段階において、 ホトレジストの塗布されているレジストマスタディスクにレーザビームを用いて 記録を施す工程で使用される。FIG. 12 shows an optical disc master recording apparatus equipped with a focusing device according to the present invention. This master recording apparatus is used in the initial stage of master production, in the process of recording information using a laser beam on a resist master disk coated with photoresist.
符号300は光源を示している。この光源300は、例えばKr+レーザ管 (波長351nm)で構成されている。光源300から射出したレーザビーム3 01は、レンズ群302により平行ビームに整形され、ミラー303〜308で 反射され、電気光学変調素子309によって光パワーの交流ノイズが除去される 。続いて、波長板310を通過し、ミラー311で反射され、音響光学変調素子 3 12により光パワーの直流成分が安定化され,ミラー313,314で反射され 、続いて音響光学変調素子315により記録する情報に応じて変調される。なお 、この図では音響光学変調素子315を制御する制御系が省略されている。 Reference numeral 300 denotes a light source. This light source 300 is composed of, for example, a Kr + laser tube (wavelength 351 nm). A laser beam 301 emitted from the light source 300 is shaped into a parallel beam by a lens group 302, reflected by mirrors 303 to 308, and an electro-optical modulator 309 removes AC noise from the optical power. The laser beam then passes through a wave plate 310, is reflected by a mirror 311, the DC component of the optical power is stabilized by an acousto-optical modulator 312, is reflected by mirrors 313 and 314, and is then modulated by an acousto-optical modulator 315 in accordance with the information to be recorded. Note that the control system for controlling the acousto-optical modulator 315 is omitted from this diagram.
記録光は、ミラー316で反射され、拡大光学系317によりビーム径が拡 大され、ミラー318とミラー319で反射され、偏光ビームスプリッター32 0とλ/4板321とを通過し、ダイクロイックミラー322で反射され、対物 レンズユニット323内の対物レンズ324によって集光され、光ディスク用原 盤325の感光剤面に記録スポットを形成する。The recording light is reflected by mirror 316, has its beam diameter expanded by magnifying optical system 317, is reflected by mirrors 318 and 319, passes through polarizing beam splitter 320 and λ/4 plate 321, is reflected by dichroic mirror 322, and is focused by objective lens 324 in objective lens unit 323 to form a recording spot on the photosensitive agent surface of optical disk master 325.
この記録スポットによって光ディスク用原盤325の感光剤面に記録部が形 成される。この記録部は、光ディスク用原盤325の回転と、対物レンズユニッ ト323を支持するスライダー326の半径方向の移動とによって、スパイラル 状の軌道上に形成される。その間、対物レンズ324は、その焦点が常に原盤3 25の感光剤面に位置するように、フォーカシング装置327によって制御され る。なお、情報の記録された光ディスク用原盤325は、記録部にピットが現れ るように現像処理され、その後に銀メッキされてディスクマスタとして用いられ る。This recording spot forms a recording area on the photosensitive surface of the optical disk master 325. This recording area is formed on a spiral trajectory by the rotation of the optical disk master 325 and the radial movement of the slider 326 supporting the objective lens unit 323. During this time, the objective lens 324 is controlled by a focusing device 327 so that its focal point is always located on the photosensitive surface of the master 325. The optical disk master 325 with recorded information is developed so that pits appear in the recording area, and is then silver-plated and used as a disk master.
フォーカシング装置327は、記録開始に先立って対物レンズ324の位置 を粗調整する粗調整系328と、記録中に記録光を使って対物レンズ324の位 置を微調整する微調整系329とで構成されている。The focusing device 327 comprises a coarse adjustment system 328 that roughly adjusts the position of the objective lens 324 before the start of recording, and a fine adjustment system 329 that finely adjusts the position of the objective lens 324 using the recording light during recording.
粗調整系328は、図13に示すように、対物レン324の光軸方向の位置 を調整する対物レンズアクチュエータ330と、対物レンズ324のフォーカス エラーを光学的に検知するためのフォーカスエラー検知光学系331と、この検 知光学系331で得られた信号に基づいて対物レンズアクチュエータ330を制 御する制御部332とを備えている。As shown in FIG. 13 , the coarse adjustment system 328 includes an objective lens actuator 330 that adjusts the position of the objective lens 324 in the optical axis direction, a focus error detection optical system 331 that optically detects focus errors of the objective lens 324, and a control unit 332 that controls the objective lens actuator 330 based on a signal obtained by the detection optical system 331.
フォーカスエラー検知光学系331は、非点収差法を用いた光学系で、光源 341、コリメートレンズ342、シリンドリカルレンズ343、リレーレンズ 344a,344b、偏光ビームスプリッタ345、λ/4板346、ミラー3 47、球面レンズ348、シリンドリカルレンズ349、4分割受光素子350 を有している。The focus error detection optical system 331 is an optical system that uses the astigmatism method and includes a light source 341, a collimator lens 342, a cylindrical lens 343, relay lenses 344a and 344b, a polarizing beam splitter 345, a λ/4 plate 346, a mirror 347, a spherical lens 348, a cylindrical lens 349, and a four-segment light-receiving element 350.
光源341は発散性の楕円の光ビームを射出する。この光ビームは、コリメ ートレンズ342により僅かに収束性の光ビームに変えられ、シリンドリカルレ ンズ343によって円形の光ビームに整形される。その後、光ビームはリレーレ ンズ344a,344bを通過し、偏光ビームスプリッタ345に入射する。光 源341から射出されるレーザー光は直線偏光でp波に設定されている。このた め、偏光ビームスプリッタ345に入射した光ビームはこれを透過し、λ/4板 346によって右回りの円偏光に変えられ、ミラー347で反射され、ダイクロ イックミラー322を透過し、対物レンズ324によって原盤325に集光され る。Light source 341 emits a divergent elliptical light beam. This light beam is converted into a slightly convergent light beam by collimating lens 342 and then shaped into a circular light beam by cylindrical lens 343. The light beam then passes through relay lenses 344a and 344b and enters polarizing beam splitter 345. The laser light emitted from light source 341 is linearly polarized and set to p-wave. Therefore, the light beam entering polarizing beam splitter 345 passes through it, is converted into clockwise circularly polarized light by λ/4 plate 346, is reflected by mirror 347, passes through dichroic mirror 322, and is focused onto master 325 by objective lens 324.
原盤325からの反射ビームは、逆回りすなわち、左回りの円偏光となって おり、対物レンズ324に入射し、ダイクロイックミラ322を透過し、ミラー 347で反射され、λ/4板346によってs波に変換される。その後、今度は 偏光ビームスプリッタ345で反射され、球面レンズ348により収束性の光ビ ームに変えられ、シリンドリカルレンズ349を経て、4分割受光素子359に 入射する。4分割受光素子350の各受光部351a、351b、351c、3 51dは、それぞれ受光光量に対応した信号Ia、Ib、Ic、Idを出力する。The reflected beam from the master 325 is circularly polarized in the reverse direction, i.e., left-handed, and enters the objective lens 324, passes through the dichroic mirror 322, is reflected by the mirror 347, and is converted into an S-wave by the λ/4 plate 346. It is then reflected by the polarizing beam splitter 345, converted into a convergent beam by the spherical lens 348, passes through the cylindrical lens 349, and enters the four-segment light-receiving element 359. The light-receiving portions 351a, 351b, 351c, and 351d of the four-segment light-receiving element 350 output signals Ia, Ib, Ic, and Id corresponding to the amount of light received, respectively.
制御部332は、4分割受光素子350の各信号Ia〜Idを導入し、非点収 差法に基づいて、(Ia+Ib)―(Ic+Id)の演算を行なう。この演算によっ て、対物レンズ324のデフォーカス量を示すフォーカスエラー信号が得られる 。制御部332は、フォーカスエラー信号をゼロに維持すべく対物レンズアクチ ュエータ330をフィードバック制御する。これにより、対物レンズ324は、 その焦点が常に原盤325の感光剤面に一致するように位置制御される。The control unit 332 receives the signals Ia-Id from the four-segment light-receiving element 350 and performs the calculation (Ia + Ib) - (Ic + Id) based on the astigmatism method. This calculation produces a focus error signal indicating the amount of defocus of the objective lens 324. The control unit 332 feedback-controls the objective lens actuator 330 to maintain the focus error signal at zero. This controls the position of the objective lens 324 so that its focal point always coincides with the photosensitive layer surface of the master 325.
図12に示す原盤記録装置は、たとえばトラックピッチが0.74(μm) の原盤の作製を目的としている。このため、対物レンズ324として、開口数N A=0.9、焦点距離f=4.002(mm)(波長351nm)のものが使用 されている。その作動距離d(対物レンズ324の最下面に取り付けられている 保護用の透光性平行平板から原盤325の表面までの距離)は350(μm)で ある。The master recording device shown in Figure 12 is intended to produce a master with a track pitch of, for example, 0.74 μm. For this purpose, the objective lens 324 has a numerical aperture N = 0.9 and a focal length f = 4.002 mm (wavelength 351 nm). The working distance d (the distance from a protective, light-transmitting parallel plate attached to the bottom surface of the objective lens 324 to the surface of the master 325) is 350 μm.
フォーカシング装置327の粗調整系328では、光源341として図14 にパワースペクトルを示すSLD(スーパールミネントダイオード、アンリツ( 株)製)が使用されている。このSLDのパワースペクトルは、図14に示した ように、中心波長λ0=670(nm)、半値幅Δλ=20(nm)である。し たがって、SLDから放射される光の可干渉距離Lcは、(4)式により、Lc=2 2(μm)となる。 The coarse adjustment system 328 of the focusing device 327 uses an SLD (superluminescent diode, manufactured by Anritsu Corporation) as the light source 341, whose power spectrum is shown in Fig. 14. As shown in Fig. 14, the power spectrum of this SLD has a central wavelength λ0 = 670 (nm) and a half-width Δλ = 20 (nm). Therefore, the coherence length Lc of the light emitted from the SLD is Lc = 22 (µm) according to equation (4).
このように、粗調整系328において、対物レンズ324の作動距離dに比 べて可干渉距離Lcを十分に小さくできるパワースペクトルの光源341を用い ている。つまり、ほぼλ0 2/Δλ≦2dを満足するものが用いられている。この ため、対物レンズ324の前面に設けられる透明の保護板と原盤325との間で 光波の多重干渉が起こるのを防止できる。この結果、先の実施例と同様に、制御 部332において、対物レンズ324のフォーカス方向変位ΔZに対して、図7 に示すように直線的に変化するフォーカスエラー信号を取得することができる。 As described above, the coarse adjustment system 328 uses a light source 341 with a power spectrum that can make the coherence length Lc sufficiently small compared to the working distance d of the objective lens 324. In other words, a light source that satisfies approximately λ02 / Δλ≦2d is used. This prevents multiple interference of light waves between the transparent protective plate provided in front of the objective lens 324 and the master 325. As a result, as in the previous embodiment, the control unit 332 can obtain a focus error signal that changes linearly with the focus direction displacement ΔZ of the objective lens 324, as shown in FIG. 7.
したがって、精度の高いフォーカシング制御が可能となる。Therefore, highly accurate focusing control is possible.
このように、本実施形態のフォーカシング装置によれば、作動距離の短い原 盤記録装置に適用した場合においても、ノイズの少ないフォーカスエラー信号が 得られる。この結果、フォーカシング制御を精度良く行なえ、良質な原盤作製の 実現に貢献できる。なお、微調整系329では記録時に記録光を用い、同じく非 点収差法でフォーカシング制御が行われる。また、図12中、360は光量をチ ェックするための光検出器を示している。As described above, the focusing device of this embodiment can obtain a focus error signal with little noise, even when applied to a master recording device with a short working distance. As a result, focusing control can be performed with high precision, contributing to the realization of high-quality master disc production. Note that the fine adjustment system 329 uses the recording light during recording, and also performs focusing control using the astigmatism method. Also, in FIG. 12, 360 denotes a photodetector for checking the light intensity.
図15には、この発明に係るフォーカシング装置を備えた露光装置が示され ている。FIG. 15 shows an exposure apparatus equipped with a focusing device according to the present invention.
この露光装置では、LD400から放射されたレーザビーム401をレンズ 402,403を介してウエハ等の試料404の表面に斜めに照射する。そして 、試料404の表面からの反射光405をレンズ406,407を介して光導通 形位置検出器408に導入し、この位置検出器408で試料404の表面位置を 検出する。そして、検出された表面位置情報を露光装置本体409あるいは試料 保持装置の位置制御系に与え、露光装置本体409の焦点位置を常に試料404 の表面位置に一致させるようにフォーカシング制御系を構成している。In this exposure apparatus, a laser beam 401 emitted from an LD 400 is irradiated obliquely onto the surface of a sample 404, such as a wafer, via lenses 402 and 403. Reflected light 405 from the surface of the sample 404 is then guided via lenses 406 and 407 to an optically conductive position detector 408, which detects the surface position of the sample 404. The detected surface position information is then provided to a position control system for the exposure apparatus main body 409 or the sample holder, and a focusing control system is configured to constantly match the focal position of the exposure apparatus main body 409 with the surface position of the sample 404.
そして、この露光装置においても、LD400として、先に説明したSLD のように半値幅Δλの十分に大きいものを用いている。すなわち、LD400と して、そのパワースペクトルの中心波長λ0と半値幅Δλとが、試料404を覆 う可能性のある光学媒質の厚みtに対して、 ほぼλ0 2/Δλ≦2t(n2 2−sin2θ)0.5を満足するものが用いられている。 This exposure apparatus also uses an LD 400 with a sufficiently large full width at half maximum Δλ, like the SLD described above. That is, the LD 400 has a power spectrum whose central wavelength λ0 and full width at half maximum Δλ satisfy the following relationship: λ02 /Δλ≦2t( n22 − sin2θ ) 0.5 , where t is the thickness of an optical medium that may cover the sample 404.
ただし、n2は光学媒質の屈折率を示し、θは光学媒質への光の入射角を示して いる。したがって、試料404を覆う光学媒質に左右されることなく、フォーカ シング制御を行うことができる。where n2 represents the refractive index of the optical medium, and θ represents the angle of incidence of light onto the optical medium. Therefore, focusing control can be performed without being affected by the optical medium covering the sample 404.
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々変形 して実施できる。The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be practiced in various modifications.
[産業上の利用可能性] 本発明によれば、精度の高いフォーカスエラー検出に寄与できるので、精度 の高いフォーカシング制御の実現に寄与できる。したがって、たとえば光ディス ク装置に適用した場合には、再生信号のS/N低下およびジッタの劣化を図るこ とができる。[Industrial Applicability] The present invention contributes to highly accurate focus error detection, thereby contributing to the realization of highly accurate focusing control. Therefore, when applied to optical disc devices, for example, it can reduce the S/N ratio of the playback signal and jitter degradation.
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 (注)この公表は、国際事務局(WIPO)により国際公開された公報を基に作 成したものである。 なおこの公表に係る日本語特許出願(日本語実用新案登録出願)の国際公開の 効果は、特許法第184条の10第1項(実用新案法第48条の13第2項)に より生ずるものであり、本掲載とは関係ありません。─────────────────────────────────────────────────────── [Summary Continued] (Note) This publication is based on the gazette published internationally by the International Bureau of Patents (WIPO). The effect of the international publication of the Japanese patent application (Japanese utility model registration application) related to this publication arises pursuant to Article 184-10, Paragraph 1 of the Patent Act (Article 48-13, Paragraph 2 of the Utility Model Act), and is unrelated to this publication.
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