JP2004047115A - 焦点制御方法と焦点位置ずれ検出方法と情報記録媒体原盤作成方法と焦点制御装置と焦点位置ずれ検出装置と情報記録媒体原盤作成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持する。
【解決手段】　記録光よりも波長が長い別の光を用いて対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離を一定とするフィードバック制御を行い、かつ記録光が記録媒体２０７から反射された反射光を使って対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正する。
【選択図】　　　　図１

Description

　本発明は、光ディスク等の情報記録媒体の原盤に対する記録光の焦点を制御する焦点制御方法および焦点制御装置に関するものである。また、本発明は、光ディスク等の情報記録媒体の原盤に対する記録光の焦点位置ずれを検出する焦点位置ずれ検出方法および焦点位置ずれ検出装置に関するものである。さらに、本発明は、光ディスク等の情報記録媒体の原盤を作成する情報記録媒体原盤作成方法および情報記録媒体原盤作成装置に関するものである。上述の各方法および装置は、特に、情報を記録する記録光の波長が紫外域であり、それを検出できる検出器の感度が低下する場合に好適である。

　コンパクトディスク（ＣＤ）の普及に伴い、光ディスクは一般的なものとなってきたが、より高密度な光ディスクの研究開発が盛んに行われ、近年ではＣＤよりもさらに高密度なディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）が提案され、実用化されている。そして、今後更なる高密度の光ディスクの開発が急がれている。そのためには、より微細な記録のできる高密度な情報記録媒体原盤作成技術が非常に重要である。

　従来の情報記録媒体原盤作成方法では、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光にほとんど感度を有さないフォトレジストを塗布したガラス基材（ディスク）に、制御光としてＨｅ−Ｎｅレーザー光を対物レンズを通して照射し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光を用いて焦点制御が行われる。具体的に説明すると、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光を対物レンズを通して照射し、ガラス基材からの反射光の変化によって対物レンズとガラス基材の距離が一定になるようにフィードバック制御を行う焦点制御光学系によって焦点制御が行われる。

　また、ピットを記録する記録光としてフォトレジストが感度を有する波長４５８ｎｍ等のレーザー光を同じ対物レンズを通して集光して断続的にガラス基材に照射し、ガラス基材上のフォトレジストを現像することによって、記録光の変調信号に対応したピットが形成される。

　また、一方では、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光といった記録光とは別の制御光を用いる代わりに、記録光そのものでフィードバック制御を行う焦点制御方法も提案され実用化されている。
特開平８−７７６１７号公報

　しかしながら、前述の記録光と別の制御光を用いる従来の焦点制御方法では、フィードバック制御における対物レンズの制御位置、すなわち、対物レンズと記録媒体の距離は、焦点制御光学系により決まり、記録光の状態とは無関係である。

　従来、この方法の場合には、必要なディスクのデータ記録領域以外で記録の開始以前に、記録光の状態を確認してフォーカス制御の位置を最適位置に調整することが行われる。そして、実際の記録中はフォーカス制御位置を固定のままでガラス基材と対物レンズの距離を一定とするフィードバック制御が行われる。そのため、記録中に記録光の状態が変化してフォーカス制御の位置からずれた場合、焦点制御光学系では検出できず、それを直すことができなかった。

　上記のような記録中の記録光の状態の変化は、例えば以下のようなことが原因となって発生する。例えば、情報記録媒体原盤作成装置の構成要素である記録光用レーザー光の広がり角の変化、ビームエキスパンダーのレンズホルダーの温度変化に起因した２つのレンズ間の距離変化による記録光そのものの変化によって発生する。あるいは、移動光学台上に位置する焦点制御光学系の光学部品ホルダーの温度変化に起因した位置および角度の変化により、光軸の位置が変化し、焦点制御の目標位置が変化する事により発生する。このような記録光自体の変化もしくは焦点制御の目標位置の変化によって、記録動作中に焦点制御の目標位置が、記録光の最適な集光位置から変化する。

　一方、記録光そのものでフィードバック制御を行う方法では、上記のフォーカス位置ずれの問題は解決できる。ところが、現在導入されている紫外線を用いた情報記録媒体原盤記録装置では、記録光の強度が弱いために記録媒体からの反射光が弱く、かつ光の検出装置の感度が低いため、フォーカス制御のフィードバック制御を行うのに十分な信号が得られにくい。

　また、ガラス基材（ガラス盤）の表面に感光性材料膜（フォトレジスト）を塗布した記録媒体に記録光を照射して感光性材料膜を露光した後現像することにより記録媒体の感光性材料膜に楕円形のピットもしくは連続した溝を形成する。その際に焦点制御系は、記録光の焦点が感光性材料膜の表面に合致することを目標として焦点制御を行うことになる。

　しかしながら、このように、感光性材料膜の表面が焦点位置になるように焦点制御が行われると、感光性材料膜の膜厚が焦点制御系において無視できない値であるため、記録光が感光性材料膜の表面から入射してガラス基材と感光性材料膜との接合面に達するまでに徐々に拡がっていくことになる。この状態で感光性材料膜を露光した場合には、感光性材料膜中での記録光の平均的な直径が大きくなり、微細なピットを精度よく形成することが困難となる。

　また、焦点制御系には、焦点制御が安定してなされている状態においても、フィードバック系のゲインで決まる残差（一般的に言われるフォーカス残差）が存在し、その残差の範囲内で焦点制御位置が変動している。したがって、感光性材料膜の表面が焦点位置になるように焦点制御が行われる状態においては、フォーカス残差に応じて記録光の焦点位置も変動し、感光性材料膜の外に位置する状態が生じる。この場合に焦点ずれが大きくなり、記録光の平均的な直径がさらに大きくなり、微細なピットを精度よく形成することがさらに困難となる。

　したがって、本発明の目的は、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できる焦点制御方法および焦点制御装置と、情報記録媒体原盤作成方法および情報記録媒体原盤作成装置とを提供することである。

　また、本発明の他の目的は、記録中において記録光の状態の変化に伴う対物レンズと記録媒体の距離の所望の距離とのずれを容易に検出することができる焦点位置ずれ検出方法および焦点位置ずれ検出装置を提供することである。

　上記課題を解決するために、本発明の焦点制御方法は、記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成装置の焦点制御方法であり、記録光よりも波長が長い別の光を用いて対物レンズと記録媒体の距離を一定とするフィードバック制御を行い、かつ記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正する。

　この方法によれば、対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフォーカス制御を、良好なＳ／Ｎ特性を得るために光検出装置の感度が十分にとれる赤色等の長波長光を用いて行い、記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正するので、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できる。

　本発明の焦点位置ずれ検出方法は、記録される情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布から、対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する。

　ここで、反射光の強度分布としては、例えば記録媒体と共焦点となるように配置された受光面に映る反射光のスポットの強度分布を用い、スポット内の中心の強度と、スポットの中心と回折リングの強度が最大となる点の距離とから、もしくはスポット内の中心の強度と、スポットの回折リングの強度とから、対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する。

　この方法によれば、記録中において記録光の状態の変化に伴う対物レンズと記録媒体の距離の所望の距離とのずれを容易に検出することができる。

　本発明の情報記録媒体原盤作成方法は、記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成方法であり、記録光よりも波長が長い別の光を用いて対物レンズと記録媒体の距離を一定とするフィードバック制御を行い、かつ記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御手段の制御目標位置を補正することを特徴とする。

　この方法によれば、対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフォーカス制御を、良好なＳ／Ｎ特性を得るために光検出装置の感度が十分にとれる赤色等の長波長光を用いて行い、記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正するので、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できる。

　本発明の焦点制御装置は、記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成装置に使用されるもので、記録光よりも波長が長い別の光を用いて対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフィードバック制御手段と、記録光が記録媒体で反射された反射光を用いて対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する位置検出手段と、位置検出手段により検出されたずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御手段の制御目標位置を補正する制御位置補正手段とを備えている。

　この構成によれば、対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフォーカス制御を、良好なＳ／Ｎ特性を得るために光検出装置の感度が十分にとれる赤色等の長波長光を用いて行い、記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正するので、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できる。

　本発明の焦点位置ずれ検出装置は、受光面に入射する光の強度分布を検出する受光手段と、受光手段で検出された光の強度分布を判別する判別手段とを備え、記録する情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布を受光手段で検出し、検出された反射光の強度分布を判別手段で判別することにより、対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出するようにしている。

　ここで、受光手段は、受光面と記録媒体が共焦点となるように配され、反射光の強度分布として受光面に映る反射光のスポットの強度分布を検出し、判別手段は、スポット内の中心の強度と、スポットの中心と回折リングの強度が最大となる点の距離とを判別するか、もしくはスポット内の中心の強度と、スポットの回折リングの強度とを判別することにより、対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する。

　この構成によれば、記録中において記録光の状態の変化に伴う対物レンズと記録媒体の距離の所望の距離とのずれを容易に検出することができる。

　本発明の情報記録媒体原盤作成装置は、記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成装置であり、記録光よりも波長が長い別の光を用いて対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフィードバック制御手段と、記録光が記録媒体で反射された反射光を用いて対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する位置検出手段と、位置検出手段により検出されたずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御手段の制御目標位置を補正する制御位置補正手段とを備えている。

　この構成によれば、対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフォーカス制御を、良好なＳ／Ｎ特性を得るために光検出装置の感度が十分にとれる赤色等の長波長光を用いて行い、記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正するので、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できる。

　本発明の焦点制御方法、情報記録媒体原盤作成方法、焦点制御装置または情報記録媒体原盤作成装置によれば、対物レンズと記録媒体の距離を一定に保つフォーカス制御を、良好なＳ／Ｎ特性を得るために光検出装置の感度が十分にとれる赤色等の長波長光を用いて行い、記録光が記録媒体から反射された反射光を使って対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズと記録媒体の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正するので、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できる。

　本発明の焦点位置ずれ検出方法または焦点位置ずれ検出装置によれば、記録中において記録光の状態の変化に伴う対物レンズと記録媒体の距離の所望の距離とのずれを容易に検出することができる。

　以下、本発明の焦点制御方法と焦点位置ずれ検出方法と情報記録媒体原盤作成方法と焦点制御装置と焦点位置ずれ検出装置と情報記録媒体原盤作成装置に関する実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　図１は、本発明の実施の形態における情報記録媒体原盤作成装置の構成を示す概略図である。この情報記録媒体原盤作成装置においては、図１に示すように、記録光源１０１であるアルゴンイオンレーザーを出た波長３５１ｎｍの記録光は、ミラー１０２によって略直角に反射され、光強度調整器１０３によって光強度の調整がなされる。

　光強度の調整がなされた光は、つぎに光変調器１０４によって記録すべき情報に応じて変調され、さらにミラー１０５により略直角に反射され、ビームエキスパンダー１０６によって拡大されかつ平行光となる。

　上記の平行光は、ビームスプリッタ１０７によって、一部が略直角に反射され、残りは透過して移動光学台１１３に導かれる。反射された光は、平凸レンズ１０８により集光されてフォトダイオード１０９に入射し、その出力により記録光の平均強度が監視される。

　移動光学台１１３上には、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを使い、斜め入射法により焦点制御を行う焦点制御光学系１１４と、記録光源１０１から出る記録光と焦点制御光学系１１４から出る焦点制御光を合成する第１の２色性ミラー１１５と、記録光および焦点制御光の両波長の光を反射する第２の２色性ミラー１１６と、記録光を集光するアクチュエータ１１８付きの対物レンズ１１７とが配されている。

　移動光学台１１３に入射した記録光は、対物レンズ１１７で集光されて記録媒体１１２に照射され、照射光の一部は記録媒体１１２の表面、すなわちフォトレジストの表面で反射されてビームスプリッタ１０７へ戻る。反射光の一部はビームスプリッタ１０７により略直角に反射され、レンズ１１０で集光され、ＣＣＤカメラ１１１の受光面上に結像する。この際、ＣＣＤカメラ１１１の受光面と記録媒体１１２とは共焦点となるように配される。上記の記録媒体１１２は、例えば透明な円形のガラス盤等のガラス基材の表面にフォトレジスト等の感光性材料膜を５０〜１００ｎｍ程度の膜厚で塗布して形成したものである。感光性材料膜は、アルゴンイオンレーザーを出た波長３５１ｎｍの記録光に感度を有し、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光には感度を有さない。

　上記した構成を用いて、以下に述べる２つの焦点制御方法が実施されている。第１の焦点制御方法は、対物レンズ１１７の焦点位置が記録媒体１１２における感光材料膜の表面から内部へ向かって厚み方向に感光材料膜の膜厚より少ない所定の微少距離だけ変位した状態に対物レンズの焦点制御を実行する。上記した所定の微少距離は、ピットを精度よく形成するために、またフォーカス残差に起因して焦点位置が変動しても焦点位置が感光材料膜から外に出ないようにするために、感光材料膜の膜厚の略１／３から略２／３の範囲の値が好ましく、感光材料膜の膜厚の略１／２の値が最も好ましい。

　また、第２の焦点制御方法は、記録光よりも波長が長い別の光を用いて対物レンズ１１７と記録媒体１１２の距離を一定とするフィードバック制御を行い、かつ記録光が記録媒体１１２によって反射された反射光を使って対物レンズ１１７と記録媒体１１２の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて対物レンズ１１７と記録媒体１１２の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御の制御目標位置を補正する。

　さらに、第１の焦点制御方法に第２の焦点制御方法を組み合わせてもよい。

　さらに、上記第１および第２の焦点制御方法を、情報記録媒体原盤を作成するための情報記録媒体原盤作成方法に適用することもできる。

　図２は、本実施の形態における情報記録媒体原盤作成装置に含まれる、焦点制御装置の部分ならびに、焦点位置ずれ検出装置の部分の具体的な構成を示す概略図であり、この図を参照しながら焦点制御方法および焦点位置ずれ検出方法、ならびに情報記録媒体原盤作成方法について具体的に説明する。

　図２において、ビームスプリッタ２０１、平凸レンズ２０２、ＣＣＤカメラ２０３、第１の２色性ミラー２０４、第２の２色性ミラー２０５、アクチュエータ２１９付の対物レンズ２０６、記録媒体２０７は、各々図１のビームスプリッタ１０７、平凸レンズ１１０、ＣＣＤカメラ１１１、第１の２色性ミラー１１５、第２の２色性ミラー１１６、アクチュエータ１１８付の対物レンズ１１７、記録媒体１１２に対応している。また、光源を含む斜め入射光学系２０８および２分割フォトダイオード２０９は、図１の焦点制御光学系１１４に対応する。

　この情報記録媒体原盤作成装置においては、移動光学台２１８上には、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光源を搭載した斜め入射光学系２０８が配されている。斜め入射光学系２０８のＨｅ−Ｎｅレーザー光源から出た波長６３３ｎｍのレーザー光は、第１の２色性ミラー２０４および第２の２色性ミラー２０５で反射され、アクチュエータ２１９が設けられた対物レンズ２０６を通して円形のガラス盤にフォトレジスト（感光性材料膜）を塗布した記録媒体２０７に照射される。

　この際、フォトレジストには、上述したように波長６３３ｎｍの光に対して感度が無いものを選定する。照射された光の一部は、記録媒体２０７で反射して、同じ光路を通って、斜め入射光学系２０８に戻り、受光面が２分割されたフォトダイオード２０９に入射する。

　斜め入射法とは、対物レンズ２０６に対して光軸を垂直から傾けて光を入射させることにより、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が変化した際、光軸が左右あるいは上下に変化することを利用して、両者間の距離の変化を検出する方法である。

　ここで、斜め入射法、いわゆるスキュー法について、図４を参照しながら説明する。スキュー法では、以下のようにして、対物レンズ２と基板１との距離の変化を検出する。すなわち、図４に示すように、対物レンズ２に対し、光軸４を傾けて光を入射させ、対物レンズ２を透過した光が、基板１で反射されて再び対物レンズ２を透過させるようにする。そして、対物レンズ２を再び透過した光を、受光面が２分割されたディテクタ３で受けるようにする。このときに、ディテクタ３の２つの受光面からの信号の差を用いて、対物レンズ２と基板１との距離の変化を検出する。

　図４の（ｂ）に示される状態がディテクタ３の受光面の分割線と反射光の光軸４とが一致する状態であるとすると、同図の（ａ）の状態のように、同図の（ｂ）の状態に比べて基板１が遠ざかった場合、反射光の光軸が傾き、２つの受光面からの信号の差に変化が生じ、これによって対物レンズ２と基板１との距離の変化の大きさおよび方向が検出される。

　また、同図の（ｃ）の状態のように、同図の（ｂ）の状態に比べて基板１が近づいた場合、反射光の光軸が同図の（ａ）の場合と逆方向に傾き、２つの受光面からの信号の差に同図（ａ）の場合とは正負の極性が逆転した変化が生じ、これによって対物レンズ２と基板１との距離の変化の大きさおよび方向が検出される。

　本実施の形態では、対物レンズ２と基板１との距離が変化した際、反射光がフォトダイオード２０９の受光面上を水平方向に移動するよう調整されている。そして、フォトダイオード２０９は、２分割された受光面が、水平方向に並ぶように配置されている。その結果、対物レンズ２０６と記録媒体２０７との両者の距離が変化した場合、フォトダイオード２０９における左右それぞれの受光面からの出力が変化する。

　フォトダイオード２０９の左右それぞれの受光面からの出力は、第１のプリアンプ２１０と第２のプリアンプ２１１によりそれぞれ増幅され、第１の差動増幅アンプ２１２により、差動増幅される。これにより、２分割フォトダイオード２０９の受光面上での左右方向の光軸変化が、正負の電気信号に変換される。第１の差動増幅アンプ２１２の出力は、第２の差動増幅アンプ２１３を介して、電流駆動回路２１４に入力され、対物レンズ２０６に付帯のアクチュエータ２１９を駆動する。

　この回路系は、情報記録媒体原盤作成装置あるいは焦点制御装置における焦点制御のためのフィードバック制御ループ、つまりフィードバック制御手段を形成し、第２の差動増幅アンプ２１３の出力が０になるように働く。そのため、第２の差動増幅アンプ２１３への他方の入力値を変化させることで、第１の差動増幅アンプ２１２の出力値の制御目標値を変えることが可能である。それは、すなわち対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離の制御目標値を変えるということになる。さらに、６３３ｎｍという記録光よりも波長の長い光を用いてフィードバック制御を行うため、２分割フォトダイオード２０９において、良好なＳ／Ｎ比が得られ、安定したフィードバック制御が行える。

　一方、記録光は、ビームスプリッタ２０１を一部透過して、第１の２色性ミラー２０４を透過し、第２の２色性ミラー２０５で反射されてアクチュエータ２１９付きの対物レンズ２０６で集光され、記録媒体２０７に照射される。その一部は、記録媒体２０７の表面、すなわち、フォトレジストの表面で反射され、第２の２色性ミラー２０５と第１の２色性ミラー２０４を介してビームスプリッタ２０１により一部が反射される。ビームスプリッタ２０１により反射された光は、平凸レンズ２０２によって集光され、ＣＣＤカメラ２０３の受光面上に達し、記録媒体２０７上での記録光のスポット形状が結像する。

　以上の構成が、情報記録媒体原盤作成装置あるいは焦点制御装置において、記録光が記録媒体２０７の表面で反射された反射光を用いて対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離と所望の距離とのずれを検出する位置検出手段となる。また焦点位置ずれ検出装置において、受光面に入射する光の強度分布を検出する受光手段となり、記録する情報に応じて変調される記録光が対物レンズ２０６を通して記録媒体２０７で反射された反射光の強度分布を検出する。この際、受光手段は、受光面と記録媒体２０７が共焦点となるように配され、反射光の強度分布として受光面に映る反射光のスポットの強度分布を検出することになる。

　対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離を変化させた時に、ＣＣＤカメラ２０３で映し出される記録光のスポット形状を図３を参照して説明し、本発明の焦点位置ずれ検出方法を図２を参照しながら説明する。

　この焦点位置ずれ検出方法は、記録される情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布から、対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する。具体的には、記録媒体と共焦点となるように配置された受光面に映る反射光のスポット内の中心の強度と、スポットの中心と回折リングの強度が最大となる点との距離とから対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する。もしくは、スポット内の中心の強度と、スポットの回折リングの強度とから、対物レンズと記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する。

　対物レンズ２０６と記録媒体２０７の表面（すなわち、フォトレジストの表面）との距離が、対物レンズ２０６の焦点位置よりも遠い場合、円形ではあるが、ＣＣＤカメラ上のスポット径が大きく、中心の光強度も低い（図３の（ａ）の状態）。

　両者の距離が近づくにつれ、スポット径が徐々に小さくなり、中心の光強度も徐々に大きくなる（図３の（ｂ），（ｃ）の状態）。そして、記録媒体２０７の表面が対物レンズ２０６の焦点位置となる位置でスポットの大きさは最小となり、強度は最高となる（図３の（ｄ）の状態）。

　両者の距離がさらに近づくと、記録媒体２０７の表面が焦点位置から徐々に外れていき、ＣＣＤカメラ上のスポットに回折によるリングが現れ、中心の強度も減少する（図３（ｅ），（ｆ），（ｇ）の状態）。この時、回折リングのピークの位置と分布の中心との距離δは、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が近づくにつれて広くなり、回折リングの強度も低くなる。

　記録媒体２０７が所定の厚さのフォトレジストを塗布したガラス盤であり、フォトレジストを露光・現像して微細なピットを精度よく形成するためには、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離は、以下のように設定することが望ましい。すなわち、フォトレジストの膜厚を考慮すると、記録光の焦点が記録媒体２０７のフォトレジストの表面でちょうど合う距離よりも、フォトレジストの厚み方向の中間位置で合う距離の方が好ましい。言い換えると、焦点位置がフォトレジストの内部に向かってずれていることが好ましい。数値的には、フォトレジストの表面からその膜厚の１／３の位置から膜厚の２／３の位置までの範囲に焦点が位置することが好ましい。さらに好ましくは、フォトレジストの表面からその膜厚のほぼ１／２の位置に焦点が位置するが最適である。図３で言えば、たとえば（ｅ）の状態に調整されるのが望ましい。

　ここで、記録光の焦点位置がフォトレジストの内部に向かってずらすことが好ましい理由について、図５および図６を参照しながら説明する。

　上記の理由を記録されるピットのサイズと、制御目標位置のオフセットとの関係で、以下に説明する。

　図５に示すように、対物レンズ１１により集光された記録光Ａの焦点位置と、ガラス基材（ガラス盤）１３上に形成された感光材料膜（フォトレジスト）１２の位置関係において、焦点Ｐが感光材料膜１２の厚み方向の略中心にある（ｂ）の状態の場合、現像後に形成されるピット１２ｂの幅は最小となり、微細なピットを精度よく形成することができる。ところが、焦点Ｐが感光材料膜１の略表層にある（ａ）の状態、あるいは、焦点Ｐが感光材料膜１２とガラス基材１３の略界面に位置する（ｃ）の状態の場合には、感光材料膜２内における集光された記録光の平均的な大きさが大きくなるため、現像後に形成されるピット１２ａ，１２ｃの幅は（ｂ）の状態で形成されるピット１２ｂに比べ幅が大きくなり、微細なピットを精度よく形成することが容易でない。

　また、焦点制御された状態においても、フィードバック制御系のゲインで決まる残差（一般的に言われるフォーカス残差）が残り、その範囲で焦点制御位置は常に変動している。

　図６は、焦点の位置がそれぞれ感光材料膜の略表層、感光材料膜の略中心、および感光材料膜とガラス基材との略界面にある場合において、フォーカス残差に起因したピットの大きさの変化を示す模式図である。同図（ａ）はガラス基材上の記録位置とガラス基材および対物レンズの距離との関係を示し、曲線Ｘはフォーカス残差によりガラス基材と対物レンズとの距離が記録光のガラス基材上の位置によって変化していることを示している。直線Ｙはガラス基材と対物レンズとの平均距離を示している。同図（ａ）において、記号Ｚは、感光材料膜の厚みに相当する幅を示している。

　同図（ｂ）は焦点の位置が感光材料膜の略表層にある場合において、形成されるピットの大きさの変化を示している。同図（ｃ）は、焦点の位置が感光材料膜の略中心にある場合において、形成されるピットの大きさの変化を示している。

　同図（ｄ）は焦点の位置が感光材料膜とガラス基材との略界面にある場合において、形成されるピットの大きさの変化を示している。

　同図（ｂ）においては、対物レンズとの距離が遠くなる側で、焦点位置が感光材料膜外へ出て、集光された記録光の平均的な大きさが増すため、ピットが大きくなる。逆に、同図（ｄ）においては、対物レンズとの距離が近くなる側で、焦点位置が感光材料膜外へ出て、集光された記録光の平均的な大きさが増すため、ピットが大きくなる。同図（ｃ）においては、フォーカス残差の変動内において、常に焦点位置が感光材料膜の略中心を保つことから、一定の安定した大きさのピットが形成される。

　ここで、微細なピットを精度よく形成し、またフォーカス残差による焦点位置の変動にかかわらず、記録されるピット形状あるいは大きさの変化を少なくするためには、記録光の焦点を感光性材料膜の表面から感光性材料膜の膜厚の１／３から２／３までの範囲にするのが好ましい。さらには、記録光の焦点を感光性材料膜の厚み方向の略中心（１／２）にするのが最も望ましい。

　ここで、ピットの寸法について、数値的に説明する。上記の記録媒体原盤をもとに作成される光ディスクは、例えばポリカーボネートの表面にスタンパによって原盤に形成したピットを複製することになる。複製された光ディスクでは、ピットの内側の反射光とピットの外側の反射光の干渉による反射光の打ち消し作用による反射光の強度変化を利用してトラッキングサーボ等が行われる。このときに反射光の打ち消しのために必要な位相差を得るためのピットの深さＰは、再生用レーザー光の波長をλ、屈折率をｎとしたときに、例えば、（１／８）・λ／ｎから（１／４）・λ／ｎの範囲に設定される。再生用レーザー光の波長を例えば６５０ｎｍとし、ポリカーボネートの屈折率ｎを１．５とすると、ピットの深さＰは５０〜１００ｎｍとなる。一方、ピットの幅は、例えば０．１〜０．５μｍ±０．０１μｍであり、その長さは例えば０．１〜３μｍ程度である。なお、ピットではなく連続した溝の場合もある。その場合の幅はピットの幅の同じである。

　このように、ピットの深さは、ピットの幅に比べ１／１０〜１／３程度であり、ピットの幅に比べて無視できる値ではない。そのため、原盤形成時において、記録光の焦点位置が、フォトレジストの表面、略中心、ガラス基材との略界面のように異なることによる記録光の大きさの変化が、ピットの幅に大きな影響を与えることになる。そこで、上述したように、記録光の平均的直径をできるだけ小さくできる位置に焦点位置をもってくることがピットを精度よく形成する上で有効となる。

　上述したスポット形状から対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離の理想値とのずれを検出するためには、まず、ＣＣＤカメラ２０３の出力を走査線信号抽出回路２１５に入力し、スポットが結像した周辺で強度が最大となる走査線を抽出することで、結像されたスポット形状の中心を通る走査線を抽出する。

　具体的に説明すると、ＣＣＤカメラ２０３に例えば図７（ａ）に示すようなスポットの画像２０が得られた場合に、各走査線毎に画像信号を抽出し、それをＡ／Ｄ変換する。例えば、スポットの周辺部を通る走査線２１では、同図（ｂ）に示すような映像信号が得られ、スポットの中心部を通る走査線２２では、同図（ｃ）に示すように映像信号が得られ、スポットの外側を通る走査線２３では、同図（ｄ）に示すような映像信号が得られる。これらの信号がＡ／Ｄ変換されることになる。そして、デジタル化された画像信号のレベルを各走査線毎に検出することによって、信号レベルのピーク値が最大となっている１本の走査線を抽出する。

　つぎに、焦点ずれ検出回路２１６では、ＣＰＵ等による信号処理によって、抽出された走査線の最大値強度を検出し、予め設定された最大値と比較し、最大値よりも弱い場合、回折リングのピークの有無を検出する。もし、回折リングが無い場合、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が遠いと判断する。もし、回折リングがある場合、そのピークとスポットの中心との距離δを検出して、予め設定した規定値と比較し、その上で、検出した距離δが規定値よりも遠い場合は、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が近いと判断し、規定値よりも近い場合は、所望の距離にあると判断する。

　なお、上記の走査線の最大値強度は、抽出した走査線における信号レベルのピーク値を検出することで求めることができる。また、上記の距離δは、抽出された走査線の画像信号において、信号レベルのピークタイミング（スポットの中心に相当する）と、それに隣接した極大値が生じるタイミング（回折リングの中心に相当する）を検出し、両タイミングの間の時間を測定することで求めることができる。回折リングの有無は、極大値の有無を検出することによって検出できる。

　また、回折リングのピークとスポットの中心との距離δを検出する代わりに、回折リングのピークの強度を予め設定した規定値と比較して、弱い場合には対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が近いと判断し、規定値よりも大きい場合は、所望の距離にあると判断することもできる。

　なお、回折リングのピークの強度は、抽出された走査線の画像信号において、信号レベルのピークに隣接した極大値のレベルを検出することで求めることができる。

　そして、焦点ずれ検出回路２１６で判断された遠近の信号を補正電圧発生回路２１７に入力して規定の電圧を発生させ、第２の差動増幅アンプ２１３により第１の差動増幅アンプ２１２の出力との差動をとることにより、制御目標値を変更させる。上記の遠近の信号というのは、抽出された走査線の最大値強度と距離δあるいは回折リングの強度のことである。

　上記の走査線信号抽出回路２１５から補正電圧発生回路２１７までが制御位置補正回路を構成している。

　以上の構成が、情報記録媒体原盤作成装置あるいは焦点制御装置において、位置検出手段により検出されたずれに基づいて対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離が所望の距離になるようにフィードバック制御手段の制御目標位置を補正する制御位置補正手段となる。また、焦点ずれ検出回路２１６までの構成が焦点位置ずれ検出装置において、受光手段で検出された光の強度分布を判別する判別手段となり、検出された反射光の強度分布を判別手段で判別することにより、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離と所望の距離とのずれを検出する。この際、判別手段は、スポット内の中心の強度と、スポットの中心と回折リングの強度が最大となる点の距離とを判別するか、もしくは、スポット内の中心の強度と、前記スポットの回折リングの強度とを判別することにより、対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離と所望の距離とのずれを検出する。

　また、第２の差動増幅アンプ２１３を使う代わりに、補正電圧発生回路２１７の出力を第１の差動増幅アンプ２１２のオフセット調整端子に入力することでも、上記と同様の効果が得られる。

　この発明により、記録中も常に対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離を所望の距離に制御することが可能となる。焦点制御位置の変化は、時間的に遅い変化であり、これら制御位置補正は、あくまで長波長の光を使ったフィードバック制御の補助的作用を行うものであり、フィードバック制御の周波数特性に悪影響を与えないようにするため１Ｈｚ以下の遅い周期で行うのが望ましい。

　本発明の実施の形態では、この焦点制御方法と焦点制御装置を導入することで、安定した焦点制御を行った上で、記録中も常に記録光の焦点位置すなわち対物レンズ２０６と記録媒体２０７の距離を所望の距離に補正できる情報記録媒体原盤記録方法と情報記録媒体原盤記録装置をも実現できた。

　本発明にかかる焦点制御方法は、検出器の感度が低下する紫外域のレーザー光を記録光として用いる場合でも、良好なフォーカス制御特性を有した上で、常にフォーカス制御の位置を最適位置に維持できるという効果を有し、光ディスク等の情報記録媒体の原盤を作成する情報記録媒体原盤作成方法および情報記録媒体原盤作成装置等として有用である。

本発明の実施の形態における情報記録媒体原盤の作成方法および装置を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態における焦点制御方法を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態におけるＣＣＤカメラ上でのスポット形状変化を説明するための模式図である。 斜め入射法の原理を説明するための模式図である。 記録光の焦点位置とピットの大きさの関係を示す模式図である。 フォーカス残差に起因したピットの大きさの変化を示す模式図である。 ＣＣＤカメラ上でのスポット形状と画像信号との関係を示す模式図である。

符号の説明

　１０１　　記録光源
　１０２　　ミラー
　１０３　　光強度調整器
　１０４　　光変調器
　１０５　　ミラー
　１０６　　ビームエキスパンダー
　１０７　　ビームスプリッタ
　１０８　　平凸レンズ
　１０９　　フォトディテクター
　１１０　　平凸レンズ
　１１１　　ＣＣＤカメラ
　１１２　　記録媒体
　１１３　　移動光学台
　１１４　　斜め入射光学系
　１１５　　第１の２色性ミラー
　１１６　　第２の２色性ミラー
　１１７　　アクチュエータ付き対物レンズ
　２０１　　ビームスプリッタ
　２０２　　平凸レンズ
　２０３　　ＣＣＤカメラ
　２０４　　第１の２色性ミラー
　２０５　　第２の２色性ミラー
　２０６　　アクチュエータ付き対物レンズ
　２０７　　記録媒体
　２０８　　斜め入射光学系および光源
　２０９　　２分割フォトダイオード
　２１０　　第１のプリアンプ
　２１１　　第２のプリアンプ
　２１２　　第１の差動増幅アンプ
　２１３　　第２の差動増幅アンプ
　２１４　　電流駆動回路
　２１５　　走査線信号抽出回路
　２１６　　焦点ずれ検出回路
　２１７　　補正電圧発生回路

Claims (8)

1. 　記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、前記記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成装置の焦点制御方法であって、前記記録光よりも波長が長い別の光を用いて前記対物レンズと前記記録媒体の距離を一定とするフィードバック制御を行い、かつ前記記録光が前記記録媒体から反射された反射光を使って前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて前記対物レンズと前記記録媒体の距離が所望の距離になるように前記フィードバック制御の制御目標位置を補正することを特徴とする焦点制御方法。
2. 　記録される情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布から、前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出することを特徴とする焦点位置ずれ検出方法であり、反射光の強度分布が記録媒体と共焦点となるように配置された受光面に映る反射光のスポットの強度分布であって、前記スポット内の中心の強度と、前記スポットの中心と回折リングの強度が最大となる点の距離とから、前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出することを特徴とする焦点位置ずれ検出方法。
3. 　記録される情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布から、前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出することを特徴とする焦点位置ずれ検出方法であり、反射光の強度分布が記録媒体と共焦点となるように配置された受光面に映る反射光のスポットの強度分布であって、前記スポット内の中心の強度と、前記スポットの回折リングの強度とから、前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出することを特徴とする焦点位置ずれ検出方法。
4. 　記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、前記記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成方法であって、前記記録光よりも波長が長い別の光を用いて前記対物レンズと前記記録媒体の距離を一定とするフィードバック制御を行い、かつ前記記録光が前記記録媒体から反射された反射光を使って前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出し、検出したずれに基づいて前記対物レンズと前記記録媒体の距離が所望の距離になるように前記フィードバック制御の制御目標位置を補正することを特徴とする情報記録媒体原盤作成方法。
5. 　記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、前記記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成装置に使用される焦点制御装置であって、前記記録光よりも波長が長い別の光を用いて前記対物レンズと前記記録媒体の距離を一定に保つフィードバック制御手段と、前記記録光が前記記録媒体で反射された反射光を用いて前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出されたずれに基づいて前記対物レンズと前記記録媒体の距離が所望の距離になるように前記フィードバック制御手段の制御目標位置を補正する制御位置補正手段とを備えたことを特徴とする焦点制御装置。
6. 　受光面に入射する光の強度分布を検出する受光手段と、前記受光手段で検出された光の強度分布を判別する判別手段とを備え、記録する情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布を前記受光手段で検出し、検出された反射光の強度分布を前記判別手段で判別することにより、前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出するようにしたことを特徴とする焦点位置ずれ検出装置であり、
   　前記受光手段は、受光面と記録媒体が共焦点となるように配され、反射光の強度分布として前記受光面に映る反射光のスポットの強度分布を検出し、前記判別手段は、前記スポット内の中心の強度と、前記スポットの中心と回折リングの強度が最大となる点の距離とを判別することにより、対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出するようにしたことを特徴とする焦点位置ずれ検出装置。
7. 　受光面に入射する光の強度分布を検出する受光手段と、前記受光手段で検出された光の強度分布を判別する判別手段とを備え、記録する情報に応じて変調される記録光が対物レンズを通して記録媒体で反射された反射光の強度分布を前記受光手段で検出し、検出された反射光の強度分布を前記判別手段で判別することにより、前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出するようにしたことを特徴とする焦点位置ずれ検出装置であり、
   　前記受光手段は、受光面と記録媒体が共焦点となるように配され、反射光の強度分布として前記受光面に映る反射光のスポットの強度分布を検出し、前記判別手段は、前記スポット内の中心の強度と、前記スポットの回折リングの強度とを判別することにより、対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出するようにしたことを特徴とする焦点位置ずれ検出装置。
8. 　記録する情報に応じて変調される記録光を、記録媒体との距離が一定となるように焦点制御された対物レンズを通して集光し、前記記録媒体上に情報を記録する情報記録媒体原盤作成装置であって、前記記録光よりも波長が長い別の光を用いて前記対物レンズと前記記録媒体の距離を一定に保つフィードバック制御手段と、前記記録光が前記記録媒体で反射された反射光を用いて前記対物レンズと前記記録媒体の距離と所望の距離とのずれを検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出されたずれに基づいて前記対物レンズと前記記録媒体の距離が所望の距離になるように前記フィードバック制御手段の制御目標位置を補正する制御位置補正手段とを備えたことを特徴とする情報記録媒体原盤作成装置。

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