JPWO1997033276A1 - 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 - Google Patents

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。

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 。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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 。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

δ＝（２π／λ₀）・ΔＬ＝（４πｎ₂／λ₀）ｈ・cosθ₂ ・・・(6) (2)式より、(6)式は、次のようになる。

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。

(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。

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。

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。

［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。

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 。

図３は、図２に示されるＤＶＤの断面を局部的に示す図。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

───────────────────────────────────────────────────── 【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。

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であって、少なくとも一方の基板には表 面からの距離がほぼｈの部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光デ ィスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介して照射し、この照射によっ て上記光ディスク上で情報の記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層から 反射するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて前記対物レンズのフ ォーカスエラーを検出するように構成した光ディスク装置において、 前記レーザ光源の中心波長をλ₀、前記レーザ光源の半値幅をΔλ、前記対 物レンズの開口数をNA、前記基板材質の屈折率をn₂としたときに、前記レーザ光 源の半値幅Δλが下記式を満足することを特徴とする光ディスク装置。 λ₀ ²／｛２ｈ（ｎ₂ ²−NA²）^0.5｝≦Δλ
2. ２．前記光ディスクは、厚さが０．６(mm)、直径１２０（mm）の基板を２枚貼 り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
3. ３．前記レーザ光源は、半導体レーザダイオードで構成されていることを特徴 とする請求項１に記載の光ディスク装置。
4. ４．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が６３５〜６５０(nm )の近くにあり、０．３(nm)以上の半値幅Δλを備えていることを特徴とする請 求項１，３のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
5. ５．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が４１０(nm)〜４２ ０(nm)の範囲にあり、０．１０５(nm)程度以上の半値幅Δλを備えていることを 特徴とする請求項１，３のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
6. ６．厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であって、少なくとも一方の基板には表 面からの距離がほぼｈの部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光デ ィスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介して照射し、この照射によっ て上記光ディスク上で情報の記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層から 反射するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて前記対物レンズのフ ォーカスエラーを検出するように構成した光ディスク装置において、 前記レーザ光源の中心波長をλ₀、前記レーザ光源の半値幅をΔλ、前記対 物レンズの開口数をNA、前記対物レンズの焦点距離をｆ、前記基板材質の屈折率 をn₂、前記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、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としたときに、前記レーザ光源の半値幅Δλが下記式を満足することを特 徴とする光ディスク装置。 λ₀ ²／｛２ｈ（ｎ₂ ²−NA²）^0.5｝≦Δλ≦ｇ（λ₀，NA，ｆ，ｄmax）
7. ７．前記光ディスクは、厚さが０．６(mm)、直径１２０（mm）の基板を２枚貼 り合わせて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光ディスク装置。
8. ８．前記レーザ光源は、半導体レーザダイオードで構成されていることを特徴 とする請求項６に記載の光ディスク装置。
9. ９．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が６３５〜６５０(nm )の近くにあり、０．３(nm)以上の半値幅Δλを備えていることを特徴とする請 求項６，８のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
10. １０．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が４１０(nm)〜４ ２０(nm)の範囲にあり、０．１０５(nm)程度以上の半値幅Δλを備えていること を特徴とする請求項６，８のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
11. １１．厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であって、少なくとも一方の基板には 表面からの距離がほぼｈの部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光 ディスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介して照射し、この照射によ って上記光ディスク上で情報の記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層か ら反射するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて前記対物レンズの フォーカスエラーを検出するように構成した光ディスク装置において、 前記光源の射出光パワースペクトルの中心波長と半値幅とによって決まる可 干渉距離が、前記基板表面で直接反射する光と前記基板内に入り込み前記信号ピ ットで反射した後に再び前記基板から出て行く光との光路差よりも小さくなるよ うに前記半値幅を設定したことを特徴とする光ディスク装置。
12. １２．前記光ディスクは、厚さが０．６(mm)、直径１２０（mm）の基板を２枚 貼り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光ディスク装 置。
13. １３．前記レーザ光源は、半導体レーザダイオードで構成されていることを特 徴とする請求項１１に記載の光ディスク装置。
14. １４．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が６３５〜６５０( nm)の近くにあり、０．３(nm)以上の半値幅Δλを備えていることを特徴とする 請求項１１，１３のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
15. １５．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が４１０(nm)〜４ ２０(nm)の範囲にあり、０．１０５(nm)程度以上の半値幅Δλを備えていること を特徴とする請求項１１，１３のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
16. １６．厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であって、少なくとも一方の基板には 表面からの距離がほぼｈの部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光 ディスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介して照射し、この照射によ って上記光ディスク上で情報の記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層か ら反射するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて前記対物レンズの フォーカスエラーを検出するように構成した光ディスク装置において、 前記光源の射出光パワースペクトルの中心波長と半値幅とによって決まる可 干渉距離が、前記基板表面で直接反射する光と前記基板内に入り込み前記信号ピ ットで反射した後に再び前記基板から出て行く光との光路差よりも小さく、かつ 前記対物レンズの開口数および焦点距離、前記光源の中心波長および半値幅によ り決定されるレーザスポットの半径が隣接する信号ピットのトラックピッチより 小さくなるように、前記半値幅を設定したことを特徴とする光ディスク装置。
17. １７．前記光ディスクは、厚さが０．６(mm)、直径１２０（mm）の基板を２枚 貼り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の光ディスク装 置。
18. １８．前記レーザ光源は、半導体レーザダイオードで構成されていることを特 徴とする請求項１６に記載の光ディスク装置。
19. １９．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が６３５〜６５０( nm)の近くにあり、０．３(nm)以上の半値幅Δλを備えていることを特徴とする 請求項１６，１８のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
20. ２０．前記レーザ光源は、パワースペクトルの中心波長λ₀が４１０(nm)〜４ ２０(nm)の範囲にあり、０．１０５(nm)程度以上の半値幅Δλを備えていること を特徴とする請求項１６，１８のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
21. ２１．対象面上に対物レンズの焦点位置を合わせるフォーカシング装置であっ て、前記対物レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータと、光源を含み、前 記対物レンズのフォーカスエラーを光学的に検知するエラー検知手段と、このエ ラー検知手段で得られた信号に基づいて上記アクチュエータを制御する手段とを 備え、前記エラー検知手段に含まれている前記光源は、そのパワースペクトルの 中心波長λ₀ と半値幅Δλとが、前記対物レンズの作動距離ｄに対して、ほぼλ₀ ² ／Δλ≦２ｄを満足する光を射出するものであることを特徴とするフォーカシ ング装置。
22. ２２．光学媒質で覆われる可能性のある対象面上に対物レンズの焦点位置を合 わせるフォーカシング装置であって、前記対象面を光軸方向に移動させるアクチ ュエータと、光源を含み、前記対物レンズのフォーカスエラーを光学的に検知す るエラー検知手段と、このエラー検知手段で得られた信号に基づいて上記アクチ ュエータを制御する手段とを備え、前記エラー検知手段に含まれている前記光源 は、そのパワースペクトルの中心波長λ₀と半値幅Δλとが、前記対象面を覆う 前記光学媒質の厚みをｔ、前記光学媒質の屈折率をｎ₂、前記光学媒質に対する 光の入射角をθとしたとき、 ほぼλ₀ ²／Δλ≦２ｔ(ｎ₂ ²−sin²θ)^0.5を満足する光を射出するものであ ることを特徴とするフォーカシング装置。