JP2003263770A - 光記録再生装置及び光記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口数が１を超える大開口数の対物レンズを
用いた近接場光記録再生法によって、多層型光記録媒体
に対する記録再生を行うことで、光記録媒体１枚当たり
の記録容量を向上させる。 【解決手段】 光記録再生装置は、光ヘッド３０から光
記録媒体１０へ光ビームを照射して記録再生を行う。光
記録媒体は複数の情報記録層１６を有し、最上層の情報
記録層は透明保護層２０で覆われている。光ヘッドは、
開口数が１を超える対物レンズのビーム射出面から光記
録媒体へ向けて収束光ビームを射出する光学系と、対物
レンズのビーム射出面と光記録媒体の表面との間のエア
ギャップをエバネッセント波による光伝播が可能な微小
エアギャップに維持するエアギャップ維持機構と、収束
光ビームを光記録媒体の所望の深度で合焦させる合焦位
置制御機構と、収束光ビームが光記録媒体の内部で合焦
する際の球面収差を補正する球面収差補正機構とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ヘッドから光記
録媒体へ光ビームを照射することで、該光記録媒体への
情報の記録、及び／または、該光記録媒体の情報の再生
を行う光記録再生装置に関し、また、その光記録再生装
置に用いられる光記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンパクト・ディスク（ＣＤ）や光磁気
ディスク（ＭＯディスク）のように、光ヘッドから光記
録媒体へ光ビームを照射することで、光記録媒体への情
報の記録、及び／または、光記録媒体の情報の再生を行
う装置では、光ビームによって光記録媒体上に形成され
る光スポットの径を小さくするほど、情報記録密度を高
めることができる。このスポット径は、光ビームを形成
しているコヒーレント光の波長と、光ビームを射出する
光学系の対物レンズの開口数とに依存し、光の波長を短
くするほど、また、対物レンズの開口数を大きくするほ
ど、スポット径を小さくすることができ、従って情報記
録密度を高めることができる。

【０００３】対物レンズの開口数を大きくする手法とし
ては、ソリッド・イマージョン・レンズ（ＳＩＬ）を用
いた近接場光記録再生法が知られており、この手法によ
り、開口数が１を超える対物レンズが実現されている。
これほど大開口数の対物レンズから空気中へ収束光ビー
ムを射出する際には、対物レンズから出射しようとする
収束光ビームの光線のうち、ビーム周縁近傍の光線は、
その出射角（対物レンズのビーム射出面に対する角度）
が臨界角を超えるため、通常の光線としては出射するこ
とができず、エバネッセント波となって出射する。その
ため、対物レンズのビーム射出面を構成しているＳＩＬ
の端面と、それに対向する光記録媒体の表面との間に存
在するエアギャップの大きさを、エバネッセント減衰長
さより短くして、ＳＩＬと光記録媒体との間でエバネッ
セント波による光伝播が行われるようにしている。

【０００４】ＳＩＬを用いた従来の近接場光記録再生法
としては、ただ１層の情報記録層しか持たない単層型光
記録媒体に対する記録再生を行うことが既に提案されて
いるが、多層の情報記録層を有する多層型光記録媒体に
対する記録再生にこの技法を用いることについての報告
例は存在していない。多層型光記録媒体に対する記録再
生を行うには、その光記録媒体の所望の深度に良好な合
焦状態でビームを合焦させることができなければならな
いが、それが容易でないことが、ＳＩＬを用いた近接場
光記録再生法を、多層型光記録媒体に適用することを阻
んでいたのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】開口数が１を超える大
開口数の対物レンズを用いた近接場光記録再生法によっ
て小さなスポット径を達成して、情報記録層の情報記録
密度を高めると共に、更に、複数の情報記録層を備えた
多層型光記録媒体に対する記録再生を可能にすれば、そ
れらによって、光記録媒体１枚あたりの記録容量を格段
に向上させることができる。しかしながら、これを行お
うとすると、収差のために合焦状態が悪化することが大
きな問題となる。即ち、対物レンズから射出して光記録
媒体の内部へ入射させる収束光ビームを、その光記録媒
体の所望の深度において良好な合焦状態で合焦させるこ
とは容易でなく、それは、その収束光ビームが、強度の
球面収差の影響を受けるからであり、この球面収差の影
響を排除することができなければ、上述の技法を実現す
ることは不可能である。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑み成されたもので
あり、本発明の目的は、開口数が１を超える大開口数の
対物レンズを用いた近接場光記録再生法によって、多層
型光記録媒体に対する記録再生を行えるようにすること
で、光記録媒体１枚当たりの記録容量を格段に向上させ
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明にかかる光記録再生装置は、光ヘッドから光
記録媒体へ光ビームを照射することで、該光記録媒体へ
の情報の記録、及び／または、該光記録媒体の情報の再
生を行う光記録再生装置において、前記光記録媒体が、
上下に重層された複数の情報記録層と、最上層の情報記
録層の表面を覆う透明保護層と、上下に隣り合う情報記
録層の間に形成した中間層とを備えており、前記光ヘッ
ドが、（ａ）前記光記録媒体の表面に対向して位置付け
られる開口数が１を超える対物レンズを含み、該対物レ
ンズのビーム射出面から前記光記録媒体へ向けて収束光
ビームを射出するように構成した光学系と、（ｂ）前記
対物レンズの前記ビーム射出面と前記光記録媒体の表面
との間のエアギャップを、エバネッセント波による光伝
播が可能な微小エアギャップに維持するためのエアギャ
ップ維持機構と、（ｃ）前記光記録媒体の内部へ入射し
た前記収束光ビームが前記光記録媒体の所望の深度にお
いて合焦するように合焦位置を制御するための合焦位置
制御機構と、（ｄ）前記収束光ビームが前記光記録媒体
の内部で合焦する際の球面収差を補正するための球面収
差補正機構とを備えていることを特徴とする。

【０００８】本発明にかかる光記録再生装置によれば、
開口数が１を超える大開口数の対物レンズから出射する
大きな収束角を有する収束光ビームを、エバネッセント
波による光伝播によって光記録媒体の内部へ入射させ、
そして、その収束光ビームを光記録媒体の所望の深度に
おいて良好な合焦状態で合焦させることができる。その
ため、小さなスポット径を達成することで情報記録層の
情報記録密度を高め得ると共に、複数の情報記録層を備
えた多層型光記録媒体に対する記録再生が可能であり、
それらによって光記録媒体１枚あたりの記録容量を格段
に向上させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明して行く。図１は本発明の好
適な実施の形態にかかる相変化型光ディスク記録再生装
置に用いる光ディスク記録媒体の構成例を示した模式
図、図２は本発明の好適な実施の形態にかかる相変化型
光ディスク記録再生装置に用いる光ヘッドの光学系の構
成例を示した模式図、図３は図２に示した球面収差補正
用の液晶パネルの電極パターンを示した図、図４は図２
に示した受光素子の受光部を示した図、図５は図２に示
した対物レンズの詳細図、図６は図５の対物レンズに使
用しているソリッド・イマージョン・レンズ（ＳＩＬ）
の詳細図、図７は図２の光ヘッドに付属する制御系を示
したブロック図である。

【００１０】以下に本発明の好適な実施の形態について
説明するに際しては、本発明を相変化型光ディスク記録
再生装置に適用した具体例に即して説明を進めて行く。
ただし、その光ディスク記録再生装置の各部分のうち、
本発明に関連を有する部分は光ヘッドと光記録媒体だけ
である。従って、例えばディスク回転制御回路、光ヘッ
ドをディスクの径方向へ移動させるヘッド粗動機構、そ
のヘッド粗動機構の制御回路、記録する信号や再生した
信号の処理回路などの、その他の機構や回路、また、装
置のシャシや筐体などは、従来の一般的なものを使用す
ればよく、本明細書ではそれらについての詳細な説明を
省略する。

【００１１】図１は、本発明の好適な実施の形態にかか
る相変化型光ディスク記録再生装置に用いる光記録媒体
である光ディスク１０の構成例を示した模式図である。
図示のごとく、光ディスク記録媒体１０は、円板形の基
板１２上に、相変化型光メモリ材料から成る複数の情報
記録層１６を上下に重層して形成してあり、それら情報
記録層１６の間には、誘電体材料などから成る中間層１
８を形成してある。中間層１８の材料としては、ＵＶレ
ジンなども用いられる。図示例では、情報記録層１６は
２層だけであるが、３層以上の情報記録層を備えたディ
スクとすることも可能である。いずれの場合も、最上層
の情報記録層１６の表面を光透過性材料から成る保護層
２０で覆うようにする。従って、光ディスク記録媒体１
０は、上下に重層された複数の情報記録層１６と、最上
層の情報記録層１６の表面を覆う透明保護層２０と、上
下に隣り合う情報記録層１６の間に形成した中間層１８
とを備えている。光ディスク記録媒体１０は、スピンド
ルモータ（不図示）によって回転され、その回転する光
ディスク記録媒体１０に光ヘッド３０から光ビームを照
射することで、所望の情報記録層１６の所望のトラック
に情報を記録し、或いは、所望のトラックから情報を読
出すことができる。尚、図１は、光ディスク記録媒体１
０の回転軸を含む平面で切断した径方向断面図であり、
図には、各々の情報記録層１６のトラックを形成してい
るランド１６ａ及びグルーブ１６ｂが、径方向に交互に
並んでいるところが示されている。また、図中には詳細
に示さなかったが、各々の情報記録層１６は、多数の薄
層が重層した複合層構造を有しており、それら多数の薄
層には、アモルファス相と結晶相との間で相変化する相
変化材料層の他に、結晶化促進層などが含まれている。
そして、最下層の情報記録層１６の下面には、金属材料
から成る反射膜が形成され、その他の情報記録層１６の
下面には、金属材料から成る半透過膜が形成されてい
る。

【００１２】図２は、本発明の好適な実施の形態にかか
る相変化型光ディスク記録再生装置に用いる光ヘッド３
０の光学系の構成例を示した模式図である。図示例の半
導体レーザ３２は、波長約４０５ｎｍのコヒーレント光
を発生し、この半導体レーザ３２からの出射光はコリメ
ータレンズ３４で平行光ビームとされ、この平行光ビー
ムは、二分の一波長板３６を通過した後に、偏光ビーム
スプリッタ３８へ入射する。二分の一波長板３６は光軸
を中心として回転可能であり、これを回転させること
で、偏光ビームスプリッタ３８へ入射するビームの偏光
方向を変化させることができる。

【００１３】偏光ビームスプリッタ３８へ入射した光の
一部は、この偏光ビームスプリッタ３８で側方へ反射さ
れ、また一部は反射されることなく直進して、この偏光
ビームスプリッタ３８を通過する。これによって、入射
ビームは２本の出射ビームに分割される。また、二分の
一波長板３６を回転させて、入射ビームの偏光方向を変
化させることで、それら出射ビームの光強度を変化させ
ることができる。

【００１４】偏光ビームスプリッタ３８で側方へ反射さ
れた光から成る出射ビームは、集光レンズ４０を通過し
た後に、レーザ発光出力検出用の受光素子４２へ導か
れ、この受光素子４２の出力に基づいて、光ディスク記
録媒体１０上でのレーザ強度であるレーザ盤面出力の制
御が行われる。

【００１５】偏光ビームスプリッタ３８を直進して通過
した光から成る出射ビームは、続いて、波面収差（球面
収差）補正用の液晶パネル４４を通過する。後に詳述す
るように、光ヘッド３０から光ディスク記録媒体１０の
内部へ入射させた収束光ビームを、所望の情報記録層１
６の厚さ内に合焦させるに関しては、球面収差による合
焦状態の悪化が問題となる。光学系は、この球面収差を
補正するように構成されていなければならないが、この
球面収差の強度は、光ディスク記録媒体１０の表面の透
明保護層２０の厚さ製造誤差のために、個々の光ディス
ク記録媒体１０ごとにばらつきがあり、また、１枚の光
ディスク記録媒体１０においても、所望の情報記録層１
６へ到達するまでの光路長が、個々の情報記録層１６ご
とに異なるため、アクセスする情報記録層１６ごとにば
らついている。上述の液晶パネル４４は、この球面収差
の強度のばらつきに対応するための光学素子である。よ
り詳しくは、図３に示したように、液晶パネル４４は、
同心的な円形ないし円環形状の電極パターン４４ａ、４
４ｂ、４４ｃを有しており、それら電極に印加する電圧
に応じて、球面収差の補正量と略々等価な波面を発生す
るようにしたものである。そのため、この液晶パネル４
４は、電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃの中心にビーム軸心
を一致させて通過する光ビームが合焦する際の球面収差
を補正することができ、また、それら電極４４ａ、４４
ｂ、４４ｃに印加する電圧を制御することで、その球面
収差補正量が制御可能である。この種の液晶パネルにつ
いての更に詳細な情報は、例えば、S. Ohtaki, N. Mura
o, M. Ogasawara, and M. Iwasaki, "The application
of a liquid crystal panel for the 15 Gbyte optical
disk systems," Jpn. J. Appl. Phys. 38,1744-1749 (1
999)、それに、M. Iwasaki, M. Ogaswara, and S. Ohta
ki, "A new liquid crystal panel for spherical aber
ration compensation," Digest of Optical Data Stora
ge Topical Meeting 2001, SPIE 4342, 103-105 (2001)
などに記載されている。

【００１６】光ヘッド３０は更に、液晶パネル４４の制
御手段を備えており、この制御手段は、所望の情報記録
層１６にアクセスする際に、液晶パネル４４を制御し
て、この液晶パネル４４による球面収差補正量を、その
アクセス対象の情報記録層１６に適合するように最適化
するためのものである。より詳しくは、液晶パネル４４
には、その電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃに印加する電圧
を制御する電圧制御回路４６が接続されており、この電
圧制御回路４６は、アクセス対象の情報記録層１６から
読出した信号を処理する信号処理回路４８に接続されて
いる。そして、その情報記録層１６のエンボスピット、
グルーブ信号、或いは、情報信号を再生して得られる信
号に基いて、液晶パネル４４の球面収差補正量を最適化
する制御を行う構成としてある。更に具体的には、例え
ば、その再生信号の振幅が最大となるような、或いは、
その再生信号の品質を表すジッタ値が最良となるような
最適電圧値を、予め個々の情報記録層１６ごとに求めて
メモリに格納しておき、所望の情報記録層１６にアクセ
スする際に、そのアクセス対象の情報記録層１６に対応
した最適電圧値をメモリから読出して、その電圧を、液
晶パネル４４の電極に印加するようにすればよい。

【００１７】これより再び図２を参照して、説明をして
行く。球面収差補正用の液晶パネル４４を通過したビー
ムは、続いて、合焦位置制御用のレンズユニット５０を
通過する。このレンズユニット５０は、凹レンズ５０ａ
と、凸レンズ５０ｂと、それら凹凸レンズ５０ａ、５０
ｂ間の距離を制御するアクチュエータ５０ｃとを備えて
おり、それら凹凸レンズ間の距離を変化させることによ
り、光ディスク記録媒体１０の内部において合焦するビ
ームの焦点位置を制御して、所望の情報記録層１６の厚
さ内に焦点を結ばせるためのものである。従って、レン
ズユニット５０は、光ディスク記録媒体１０の内部へ入
射した収束光ビームが、光ディスク記録媒体１０の所望
の深度において合焦するように合焦位置を制御するため
の、合焦位置制御機構を構成している。

【００１８】焦点位置制御用のレンズユニット５０を通
過したビームは、続いて、四分の一波長板５２を通過す
る。レンズユニット５０から四分の一波長板５２へ入射
してくるビームは直線偏光ビームであり、この四分の一
波長板５２は、それを円偏光ビームに変換する。

【００１９】四分の一波長板５２を通過したビームは、
続いて、第１レンズ５４と第２レンズ５６とで構成され
た対物レンズ５８を通過し、この対物レンズ５８によっ
て、収束光ビームとされて、光ディスク記録媒体１０へ
向けて射出される。対物レンズ５８は、その実効開口数
ＮＡ_ｅｆｆが１を超える大開口数の対物レンズであり、
この対物レンズ５８については、後に図５を参照して更
に詳細に説明する。

【００２０】対物レンズ５８から射出された収束光ビー
ムは、光ディスク記録媒体１０の内部へ入射し、レンズ
ユニット５０による合焦位置制御に従って所望の情報記
録層１６に含まれている相変化材料層に合焦すること
で、その情報記録層１６に対する情報の書込み、または
その情報記録層１６からの情報の読出しを行う。光ディ
スク記録媒体１０へ入射した収束光ビームは、情報の書
込みないし読出しを行う情報記録層１６で反射されるば
かりでなく、光ディスク記録媒体１０上に重層して形成
されているその他の情報記録層１６でも幾分反射され、
それら反射光はいずれも発散光ビームとなって光ディス
ク記録媒体１０から出射し、再び対物レンズ５８へ入射
する。こうして入射した発散光ビームの形の反射光ビー
ムは、対物レンズ５８を逆方向に通過することで平行光
ビームとなり、続いて四分の一波長板５２を逆方向に通
過する。対物レンズ５８から四分の一波長板５２へ入射
するビームは円偏光ビームであり、四分の一波長板５２
は、それを直線偏光ビームに変換する。この復路におけ
る直線偏光ビームの偏光方向は、往路においてレンズユ
ニット５０から四分の一波長板５２へ入射する直線偏光
ビームの偏光方向と直交している。

【００２１】四分の一波長板５２を逆方向に通過した復
路における直線偏光ビームは、続いて、レンズユニット
５０及び液晶パネル４４を逆方向に通過した後に、偏光
ビームスプリッタ３８で反射されて、検出光路へ導かれ
る。検出光路へ導かれたビームは、集光レンズ６０を通
過することで収束光ビームとされ、受光素子６２へ入射
する。

【００２２】受光素子６２は、図４に示すように、４つ
の受光部６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄを有する４分
割光検出素子であり、それら受光部から夫々、出力Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄが得られる。図示例の光記録再生装置１０
は、トラッキング・エラーの検出方法としてプッシュプ
ル検出法を用いており、トラック制御誤差信号ＴＥは、
４つの受光部の出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに基づき、ＴＥ＝
（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）の演算を実行して求めている。
また、受光素子６２は、ＲＦ信号検出の役割も果たして
おり、再生ＲＦ信号は、４つの受光部の出力和によっ
て、即ち、ＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの演算を実行して求め
ている。

【００２３】図７に示したように、トラック制御誤差信
号ＴＥは、ヘッドアンプ６４により増幅され、マトリク
ス回路６６で所定の演算が施された後、位相補償回路６
８により位相補償を受け、増幅器７０を介して、後述す
る２軸電磁アクチュエータへ供給され、それによって光
ヘッド３０が、光ディスク記録媒体１０上のトラックに
対して直交する方向に駆動制御される。また、このトラ
ック制御動作は、ＣＰＵ７２によって制御・監視されて
いる。

【００２４】トラッキング・エラーの検出方法として
は、上で説明したプッシュプル検出法の他に、差動プッ
シュプル法、３スポット法、位相差法等、様々な光学的
検出方法を用いることができ、それらの場合には、受光
素子６２を、実際に採用する方法に適合した受光素子に
代え、また必要に応じてその出力に演算を施すことで、
トラッキング・エラーを検出するようにすればよい。

【００２５】図５は対物レンズ５８の詳細図であり、同
図に示すように、第１レンズ５４及び第２レンズ５６は
レンズホルダ７４に固定されており、このレンズホルダ
７４は、２軸電磁アクチュエータ７６を装備したサスペ
ンション機構（不図示）を介して光ヘッド３０のシャシ
（不図示）に連結されている。２軸電磁アクチュエータ
７６は、光軸方向への駆動コイル７８と、光ディスク記
録媒体１０上の信号トラックと直交する方向への駆動コ
イル８０とを備えており、それら２個の駆動コイル７
８、８０の夫々の駆動電流を制御することで、対物レン
ズ５８を、それら２軸方向へ駆動することができる。

【００２６】第２レンズ５６の下面から光ディスク記録
媒体１０へ向けて、収束光ビームが射出される。従っ
て、この第２レンズ５６の下面に、対物レンズ５８のビ
ーム射出面が形成されている。このビーム射出面は、ま
た、光ディスク記録媒体１０からの反射光ビームの入射
面でもある。

【００２７】第１レンズ５４としては、顕微鏡の対物レ
ンズとして一般に使用されている高倍率の凸レンズを使
用しており、その開口数ＮＡ_ｏｂｊは０．４５である。
第２レンズ５６は、いわゆるソリッド・イマージョン・
レンズ（ＳＩＬ）であり、これを更に詳細に示したのが
図６である。図６に示すように、図示例の光ヘッドに使
用しているＳＩＬ５６は、球形レンズの一部を切り取っ
て、半球を超える大きさの部分を残した形状の、超半球
ＳＩＬである。このＳＩＬ５６は、無収差合焦条件を満
たしており、特定の記録媒体条件において、無収差のス
ポット集光を実現するものであり、球形レンズの半径を
ｒ、その屈折率をｎとすると、ＳＩＬ５６のレンズの厚
さｔは、次の式１によって与えられる。 ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ） ……式１

【００２８】第１レンズ（凸レンズ）５４は、入射して
くる平行光ビームを収束光ビームにして第２レンズ（Ｓ
ＩＬ）５６へ入射させ、第２レンズ（ＳＩＬ）５６は、
その収束光ビームを、更に収束角の大きな収束光ビーム
にして、光ディスク記録媒体１０へ向けて射出する。第
１レンズ５４と第２レンズ５６とで構成された全体とし
ての対物レンズ５８の実効開口数ＮＡ_ｅｆｆは、次の式
２によって与えられる。 ＮＡ_ｅｆｆ＝ｎ^２・ＮＡ_ｏｂｊ ……式２ 尚、この式２は、B. D. Terris, H. J. Mamin, and D.
Rugar, "Near-field optical data storage," Appl. Ph
ys. Lett. 68, 141-143 (1996) によるものである。

【００２９】図示例では、第２レンズ（ＳＩＬ）５６の
屈折率はｎ＝１．８３であり、第１レンズ５４の開口数
がＮＡ_ｏｂｊ＝０．４５であることから、対物レンズ５
８の実効開口数ＮＡ_ｅｆｆは約１．５となっている。こ
のように開口数が１を超えると、対物レンズ５８から
（従って、ＳＩＬ５６から）空気中へ出射しようとする
収束光ビームの光線のうち、ビーム周縁近傍の光線は、
その出射角（ＳＩＬ５６のビーム射出面に対する角度）
が臨界角を超えるため、通常の光線としては出射するこ
とができず、エバネッセント波となって出射する。そこ
で、ビーム射出面を形成しているＳＩＬ５６の端面と、
それに対向する光ディスク記録媒体１０の表面との間に
存在するエアギャップＡＧの大きさを、エバネッセント
減衰長さより短くして、ＳＩＬ５６と光ディスク記録媒
体１０との間でエバネッセント波による光伝播が行われ
るようにしている。

【００３０】周知の如く、低屈折率媒質の薄層を挟んで
対向した２つの高屈折率媒質（ここでは、エアギャップ
ＡＧを挟んで対向した、ＳＩＬ５６と、光ディスク記録
媒体１０の透明保護層２０）の間のエバネッセント波結
合の伝達効率は、それら２つの高屈折率媒質の間の距離
（ここでは対物レンズ５８（ＳＩＬ５６）のビーム射出
面と、光ディスク記録媒体１０の表面との間のエアギャ
ップＡＧの大きさ）に応じて指数関数的に減衰する。そ
のため光ヘッド３０は、エアギャップＡＧを、エバネッ
セント波による光伝播が可能な微小エアギャップに維持
するための、エアギャップ維持機構を備えている。以下
に、このエアギャップ維持機構について詳細に説明して
行く。

【００３１】図示例のエアギャップ維持機構は、対物レ
ンズ５８を構成しているＳＩＬ５６の底面と、光ディス
ク記録媒体１０の表面との間の静電容量を利用して、エ
アギャップＡＧの大きさを所定値に維持するように構成
されている。図６に示したように、ＳＩＬ５６は、その
底面５６ｂの中央部に円板形の突起５６ａが形成されて
いる。ＳＩＬ５６の底面５６ｂの直径Ｄは約８００μｍ
であり、突起５６ａの直径φは約４０μｍ、そしてその
高さｈ_ｐは約１．２μｍである。ＳＩＬ５６の底面５６
ｂのうち、突起５６ａの端面を除いたドーナツ形の領域
には、導電性薄膜が形成されており、この導電性薄膜は
レンズホルダ７４（図５）と電気的に接続されている。
そして、この導電性薄膜と、光ディスク記録媒体１０の
表面の、この導電性薄膜に対向する部分とが、静電容量
素子（キャパシタ）の両電極として機能する。その静電
容量Ｃ_ｇは、導電性薄膜の面積（従って、この導電性薄
膜を形成してあるＳＩＬ５６の底面のドーナツ形の領域
の面積）をＳとし、この導電性薄膜と光ディスク記録媒
体１０の表面との間の距離をｈとすると、次の式３で与
えられる。 Ｃ_ｇ＝ε_０ε_ｒ（Ｓ／ｈ） ……式３ この式４において、ε_０は、真空の誘電率（＝８．８５
４×１０^−１２Ｆ／ｍ）であり、ε_ｒは、比誘電率（空
気中ではその値は略々１になる）である。

【００３２】従って、もし、エアギャップＡＧの大きさ
を数値で得たいのであれば、静電容量Ｃ_ｇの値を計測
し、その計測値を式３に代入して距離ｈを算出し、その
距離ｈから突起５６ａの高さｈ_ｐを減じれば、エアギャ
ップＡＧの大きさを表す数値を得ることができる。ただ
し、本発明においては、後述するように、この静電容量
Ｃ_ｇの値を計測するのではなく、この静電容量Ｃ_ｇを電
圧制御発振器に供給し、その電圧制御発振器の発信周波
数に基づいて、エアギャップＡＧの制御を行うようにし
ている。

【００３３】また、図示例では、ＳＩＬ５６の底面の導
電性薄膜の面積Ｓを、約１．５７５×１０^−７ｍ^２とし
ている。エアギャップＡＧの大きさがゼロのとき、即
ち、突起５６ａの端面が光ディスク記録媒体１０の表面
に当接しているときには、距離ｈは突起５６ａの高さｈ
_ｐに等しくなるため、ｈ＝１．２×１０^−４ｍになる。
従って、このときの静電容量Ｃ_ｇの値は、上掲の式３か
ら、３．６５ｐＦになることが分かる。更に、この静電
容量Ｃ_ｇの値は、エアギャップＡＧの大きさが、５０ｎ
ｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍのときに、夫々、３．５０
ｐＦ、３．３７ｐＦ、３．２５ｐＦとなり、エアギャッ
プＡＧが大きくなるほど、この静電容量Ｃ _ｇの値は小さ
くなって行く。

【００３４】図７に示すように、図示例のエアギャップ
維持機構は、２つの電圧制御発振器８２及び８４と、そ
れら電圧制御発振器に接続された周波数位相弁別器８６
と、位相補償回路８８と、増幅器９０とを含んでいる。
一方の電圧制御発振器（ＶＣＯ）８２は、光ヘッド３０
に接続されており、静電容量Ｃ_ｇが供給されるようにし
てある。ＶＣＯ８２の発振周波数は、外部ＬＣ回路によ
り決定され、静電容量Ｃ_ｇは、その外部ＬＣ回路の一部
を構成している。ＶＣＯ８２の外部ＬＣ回路には更に、
負荷インダクタンスＬが含まれ、回路浮遊容量Ｃ_ｆも、
その外部ＬＣ回路の一部を構成する。そして、このＶＣ
Ｏ８２の発振周波数ｆ_ＶＣＯは、次の式４で与えられ
る。 ｆ_ＶＣＯ＝１／２π（Ｌ（Ｃ_ｇ＋Ｃ_ｆ））^１／２ ……式４

【００３５】他方の電圧制御発振器４１は、基準周波数
発生用電圧制御発振器（ＲＶＣＯ）であり、このＲＶＣ
Ｏ８４に付随するバラクタ・ダイオードへの入力電圧を
制御することで、このＲＶＣＯ８４が出力する基準周波
数信号の周波数を所望値に設定することができる。周波
数位相弁別器８６は、ＶＣＯ８２が出力する信号と、Ｒ
ＶＣＯ８４が出力する基準周波数信号とを受取り、それ
ら信号の周波数並びに位相を比較して、その誤差信号を
出力する。この誤差信号は、位相補償回路８８により位
相補償された後に、増幅器９０を介して、光ヘッド３０
の２軸電磁アクチュエータ７６の光軸方向駆動コイル７
８へ供給される。これによりサーボ・ループが形成され
ており、このサーボ・ループによって、対物レンズ５８
が光軸方向の所望の位置に移動調整されることで、エア
ギャップＡＧの大きさが所望値に維持される。

【００３６】図示例では、ＶＣＯ８２の外部ＬＣ回路の
インダクタンスを２２μＨとしてあり、また、その回路
浮遊容量Ｃ_ｆは５ｐＦである。そのため、エアギャップ
ＡＧの大きさが、０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５
０ｎｍのときのＶＣＯ８２の発振周波数は、式４から、
夫々、１１．５４ＭＨｚ、１１．６３ＭＨｚ、１１．７
３ＭＨｚ、１１．８１ＭＨｚとなることが分かる。そこ
で、基準周波数であるＲＶＣＯ８４の発振周波数を、１
１．６３ＭＨｚに設定することで、光ディスク記録媒体
１０の表面とＳＩＬ５６のビーム射出面との間のエアギ
ャップＡＧが、５０ｎｍに維持されるようにしている。

【００３７】以上に説明したように、図示例のエアギャ
ップ維持機構は、ＳＩＬ５６と光ディスク記録媒体１０
との間の静電容量Ｃ_ｇを利用して、対物レンズ５８を駆
動する電磁アクチュエータ７６を制御することにより、
エアギャップＡＧの大きさを所望値に維持するように構
成したものであるが、その他の構成のエアギャップ維持
機構を用いることも可能である。例えば、ＳＩＬ５６を
浮上スライダに搭載することで、エアギャップの大きさ
を所望値に維持する方式なども可能であり、この方式
は、先に言及したB. D. Terrisらの文献に記載されてい
るものである。

【００３８】また、図示例では、第１レンズ（凸レン
ズ）５４と第２レンズ（ＳＩＬ）５６とを組合せ、それ
ら２個のレンズをレンズホルダ７４に固定して、開口数
が１を超える大開口数の対物レンズ５８を構成してい
た。しかしながら、本発明は、この構成の大開口数の対
物レンズばかりでなく、その他の構成の大開口数の対物
レンズを用いて実施することも可能である。例えば、大
開口数の対物レンズを凸レンズとＳＩＬとの２個のレン
ズで構成する場合であっても、それらを相対的に固定し
た関係とせずに、凸レンズをＳＩＬに対して光軸方向に
移動制御して、それらレンズの間隔を調整することによ
って、球面収差の補正、或いは、焦点位置の微調整を行
える構成としてもよい。また、大開口数の対物レンズを
ただ１個のレンズで構成することも可能であり、例え
ば、Chul Woo Lee, Kun Ho Cho, ChongSam Chung, Jang
Hoon Yoo, and Yong Hoon Lee, "Feasibility study o
n nearfield optical memory using a catadioptric op
tical system," Digest of Optical Data Storage Topi
cal Meeting, Aspen, CO, 137-139 (1998) などに記載
されている、レンズへ入射した光線がそのレンズの界面
で反射することで、そのレンズ内で折り返すようにした
反射型レンズを使用すれば、その１個のレンズだけで、
開口数が１を超える対物レンズを構成することができ、
そのような対物レンズを用いて本発明を実施することも
可能である。

【００３９】また、図示例では、多層型光記録媒体とし
て、書換可能な相変化型光ディスクを用いているが、本
発明は、この種の多層型光記録媒体を用いるものに限定
されず、再生専用（ＲＯＭ）光ディスクを使用する場合
にも適用可能であり、更には光磁気（ＭＯ）ディスクを
はじめとする様々な種類の光ディスクを、多層型光記録
媒体として構成したものに対しても適用可能である。更
には、多層型光記録媒体は、ディスク形状の光記録媒体
である場合に限られず、カード形状の多層型光記録媒体
や、固体（バルク）形状の多層型光記録媒体に対して、
近接場光記録再生法を用いて情報の記録または読取りを
行うような場合にも、本発明を適用することができる。
尚、これらの多層型光記録媒体を用いる場合には、近接
場光ヘッドとその光記録媒体との間のエアギャップを微
小距離に維持すると同時に、正確なトラック制御を行い
ながら、光ヘッドをその記録媒体上で２次元的に走査す
る必要がある。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光ヘッドから光記録媒体へ光ビームを照射す
ることで、該光記録媒体への情報の記録、及び／また
は、該光記録媒体の情報の再生を行う光記録再生装置に
おいて、前記光記録媒体が、上下に重層された複数の情
報記録層と、最上層の情報記録層の表面を覆う透明保護
層と、上下に隣り合う情報記録層の間に形成した中間層
とを備えており、前記光ヘッドが、（ａ）前記光記録媒
体の表面に対向して位置付けられる開口数が１を超える
対物レンズを含み、該対物レンズのビーム射出面から前
記光記録媒体へ向けて収束光ビームを射出するように構
成した光学系と、（ｂ）前記対物レンズの前記ビーム射
出面と前記光記録媒体の表面との間のエアギャップを、
エバネッセント波による光伝播が可能な微小エアギャッ
プに維持するためのエアギャップ維持機構と、（ｃ）前
記光記録媒体の内部へ入射した前記収束光ビームが前記
光記録媒体の所望の深度において合焦するように合焦位
置を制御するための合焦位置制御機構と、（ｄ）前記収
束光ビームが前記光記録媒体の内部で合焦する際の球面
収差を補正するための球面収差補正機構とを備えている
構成とした。

【００４１】この構成によれば、開口数が１を超える大
開口数の対物レンズから出射する大きな収束角を有する
収束光ビームを、エバネッセント波による光伝播によっ
て光記録媒体の内部へ入射させ、そして、その収束光ビ
ームを光記録媒体の所望の深度において良好な合焦状態
で合焦させることができる。そのため、小さなスポット
径を達成することで情報記録層の情報記録密度を高め得
ると共に、複数の情報記録層を備えた多層型光記録媒体
に対する記録再生が可能であり、それらによって光記録
媒体１枚あたりの記録容量を格段に向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる相変化型光
ディスク記録再生装置に用いる光ディスク記録媒体の構
成例を示した模式図である。

【図２】本発明の好適な実施の形態にかかる相変化型光
ディスク記録再生装置に用いる光ヘッドの光学系の構成
例を示した模式図である。

【図３】図２に示した球面収差補正用の液晶パネルの電
極パターンを示した図である。

【図４】図２に示した受光素子の受光部を示した図であ
る。

【図５】図２に示した対物レンズの詳細図である。

【図６】図５の対物レンズに使用しているソリッド・イ
マージョン・レンズ（ＳＩＬ）の詳細図である。

【図７】図２の光ヘッドに付属する制御系を示したブロ
ック図である。

【符号の説明】

１０……光ディスク記録媒体、１６……情報記録層、１
８……中間層、２０……透明保護層、３０……光ヘッ
ド、４４……球面収差補正用の液晶パネル、５０……合
焦位置制御用のレンズユニット、５４……凸レンズ、５
６……ソリッド・イマージョン・レンズ（ＳＩＬ）、５
８……対物レンズ、７６……２軸電磁アクチュエータ、
ＡＧ……エアギャップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 健二 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 大里 潔 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5D118 AA13 AA16 BA01 BA06 BB01 BB06 BB07 BB08 CA11 CA13 CA23 CB01 CD02 CD03 CF05 CF27 CG02 DC03 EA02 EB05 5D119 AA11 AA21 AA22 BA01 BA02 BB01 BB04 BB05 BB13 DA01 DA05 EA02 EA03 EB02 EC01 FA05 HA13 JA09 JA44 5D789 AA11 AA21 AA22 BA01 BA02 BB01 BB04 BB05 BB13 CA21 CA22 CA23 DA01 DA05 EA02 EA03 EB02 EC01 FA05 HA13 JA09 JA44

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ヘッドから光記録媒体へ光ビームを照
   射することで、該光記録媒体への情報の記録、及び／ま
   たは、該光記録媒体の情報の再生を行う光記録再生装置
   において、 前記光記録媒体が、上下に重層された複数の情報記録層
   と、最上層の情報記録層の表面を覆う透明保護層と、上
   下に隣り合う情報記録層の間に形成した中間層とを備え
   ており、 前記光ヘッドが、 （ａ）前記光記録媒体の表面に対向して位置付けられる
   開口数が１を超える対物レンズを含み、該対物レンズの
   ビーム射出面から前記光記録媒体へ向けて収束光ビーム
   を射出するように構成した光学系と、 （ｂ）前記対物レンズの前記ビーム射出面と前記光記録
   媒体の表面との間のエアギャップを、エバネッセント波
   による光伝播が可能な微小エアギャップに維持するため
   のエアギャップ維持機構と、 （ｃ）前記光記録媒体の内部へ入射した前記収束光ビー
   ムが前記光記録媒体の所望の深度において合焦するよう
   に合焦位置を制御するための合焦位置制御機構と、 （ｄ）前記収束光ビームが前記光記録媒体の内部で合焦
   する際の球面収差を補正するための球面収差補正機構と
   を備えている、 ことを特徴とする光記録再生装置。
2. 【請求項２】 前記球面収差補正機構は、その球面収差
   補正量が制御可能に構成されており、前記光ヘッドが更
   に（ｅ）所望の情報記録層にアクセスする際に前記球面
   収差補正機構を制御して、その球面収差補正量を最適化
   するための制御手段を備えていることを特徴とする請求
   項１記載の光記録装置。
3. 【請求項３】 前記球面収差補正機構を制御する前記制
   御手段は、前記情報記録層のエンボスピット、グルーブ
   信号、或いは、情報信号を再生することで、前記球面収
   差補正機構の球面収差補正量を最適化するための制御を
   行うように構成されていることを特徴とする請求項２記
   載の光記録再生装置。
4. 【請求項４】 前記球面収差補正機構は、光ビームを通
   過させる液晶パネルであって、同心的な円形ないし円環
   形状の複数の電極を有し、それら電極に電圧を印加する
   ことで、それら電極の中心にビーム軸心を一致させて通
   過する光ビームが合焦する際の球面収差を補正し、それ
   ら電極に印加する電圧を制御することで、その球面収差
   補正量が制御可能な液晶パネルから成ることを特徴とす
   る請求項３記載の光記録再生装置。
5. 【請求項５】 前記対物レンズが、ソリッド・イマージ
   ョン・レンズと、該ソリッド・イマージョン・レンズへ
   収束光ビームを入射させる凸レンズとで構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。