JP2007250064A - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカスエラーを検出する光束中、ＳＩＬ底面からの反射光がノイズとして混入することを防ぎ、それによってフォーカスエラー信号に基づくフォーカスサーボを行うことが可能な光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】 光ディスク１２の記録層の反射光束からフォーカスエラー信号を検出する手段、フォーカスエラー信号に基づいて光ディスクの記録層にフォーカス合わせを行う手段を具備する。そして、フォーカスエラー信号を検出する場合、瞳内の対物レンズ１０とＳＩＬ１１による実行開口数ＮＡｅｆｆ＜１の光束のみを用いてフォーカスエラー信号を検出する。そうすることで、ＳＩＬ底面からの反射光がノイズとして混入することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスク装置等の光情報記録再生装置、特に、Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ（以下ＳＩＬと省略する）を用いて、光記録媒体の記録層に情報を記録又は再生を行う光情報記録再生装置に関するものである。

一般に、光ディスクの記録密度を向上させるためには、記録再生に用いる光の波長を短くし、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして、光ディスク記録面上の光スポット径を小さくすることが求められる。

その１つの手法として、対物レンズの先玉を記録面上に記録波長の数分の１（例えば、１／２）以下に近接させて、いわゆるＳＩＬを構成することで、ＮＡを空気中においても１以上とする試みがなされて来た。

それらの技術は、例えば、Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 誌 ４４巻（２００５） Ｐ.３５６４−３５６７ に記載の“Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｏｎ Ｆｉｒｓｔ−Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗｒｉｔｅ−Ｏｎｃｅ Ｍｅｄｉａ ｗｉｔｈ ａ ＮＡ＝１.９ Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ”に詳しい（非特許文献１）。また、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ２００４，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ５３８０巻（２００４）“Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ ｒｅａｄ−ｏｕｔ ｏｆ ｆｉｒｓｔ−ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｋ ｗｉｔｈ ＮＡ＝１.９ ａｎｄ ａ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ａ ｃｏｖｅｒ−ｌａｙｅｒ ｉｎｃｉｄｅｎｔ， ｄｕａｌ−ｌａｙｅｒ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｓｙｓｔｅｍ”に詳しい（非特許文献２）。

図５から図９を用いて従来技術について説明する。まず、図５を用いて非特許文献１（Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 誌 ４４巻（２００５） Ｐ.３５６４−３５６７）の近接場記録用の光ピックアップの構成について説明する。

図５において、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した光束は、コリメータレンズ２で平行光束とされ、ビーム整形プリズム３に入射して等方的な光量分布とされる。更に、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４を経て、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過した光束は、１／４波長板（ＱＷＰ）８を通過し、直線偏光から円偏光に変換される。なお、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射された光束を受光し、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６が設けられている。

１／４波長板８を透過した光束は、エキスパンダレンズ９に入射する。エキスパンダレンズ９は、後述する対物レンズやＳＩＬで発生する球面収差を補正するためのレンズで、球面収差に応じて２枚のレンズ間隔を制御可能なように構成されている。エキスパンダレンズ９からの光束は、対物レンズ（後玉レンズ１０）に入射する。

対物レンズは後玉レンズ１０とＳＩＬ（先玉レンズ）１１からなるが、本願明細書では便宜上、後玉レンズを対物レンズ１０という。対物レンズ１０とＳＩＬ（先玉レンズ）１１は後述するようにレンズホルダに保持され、このレンズホルダはフォーカスとトラッキング方向に２つのレンズを一体に駆動する２軸アクチュエータ（図示せず）上に実装されている。

ＳＩＬ１１には、図６と図７に示す２つのタイプがある。図６は対物レンズ（後玉レンズ）１０１により絞り込まれた光束を半球レンズのＳＩＬ１０２−ａの底面に集光するものである。光束は半球レンズの球面に垂直に入射し、半球がない場合と同じ光路を経て底面に集光されるので、半球レンズの屈折率分だけ波長が短くなるのと等価となり、光スポット径を縮小する効果がある。

即ち、半球レンズの屈折率をＮ、対物レンズ１０１の開口数をＮＡとすると、光ディスク１０３の記録面上ではＮ×ＮＡ相当の光スポットが得られる。例えば、ＮＡ＝０.７の対物レンズ１０１にＮ＝２の半球レンズのＳＩＬ−ａを組み合わせれば、実効ＮＡをＮＡeffとして、ＮＡeff＝1.４に達する。半球レンズ１０２−ａの厚み誤差は、１０μｍ程度許容できるので量産が容易である。

一方、図７は対物レンズ１０１により絞り込まれた光束を超半球レンズのＳＩＬ１０２−ｂの底面に集光するものである。底面は超半球レンズの１０２−ｂの中心からＲ／Ｎだけ隔たった面である。底面における光軸と光束のなす角をθｔとすると、超半球レンズのＳＩＬ１０２−ｂに入射する光線が光軸となす角度θｉとの間には、（１）式の関係が成り立つ。

ｓｉｎθｔ＝Ｎ×ｓｉｎθｉ …（１）式
ｓｉｎθｉは、対物レンズ１０１のＮＡに他ならないから、屈折率ＮのＳＩＬ中に集光されることを勘案すると、光ディスク１０３の記録面上ではＮ²×ＮＡ相当の光スポットが得られる。ＳＩＬ１０２−ｂに光束が入射可能な条件から、対物レンズ１０１のＮＡは、（１）式より1／Ｎ以下に制限される。

超半球レンズのＳＩＬ１０２−ｂにＮ＝２の硝材を用いれば、対物レンズ１０１に比較的低いＮＡ、例えば、ＮＡ＝０.５の対物レンズを用いても、ＮＡeff＝２.０相当の光スポットを得ることが可能である。但し、超半球レンズ１０２−ｂの厚み誤差は、１μｍ程度しか許容できないのが難点である。

いずれのＳＩＬにおいても、ＳＩＬ底面と光ディスク１０３の距離が、光源の波長４０５ｎｍの数分の１以下、例えば、１００ｎｍ以下の近距離にある場合のみ、ＳＩＬ底面からエバネッセント光として記録面に作用し、ＮＡeffの光スポット径による記録再生が可能である。この距離を保つために後述するギャップサーボが用いられる。また、図５における光ディスク１２は記録層を２層有する２層ディスクであり、これについては図８及び図９を用いて後述する。

図５に戻って復路の光学系について説明する。２層ディスク１２で反射された光束は逆回りの円偏光となり、ＳＩＬ１１及び対物レンズ１０に入射して平行光束に再び変換される。更に、エキスパンダレンズ９、１／４波長板８を通過し、往路とは直交する方向の直線偏光とされた光束は、ＰＢＳ７で反射され、１／２波長板（ＨＷＰ）１３に入射する。

一方、１／２波長板（ＨＷＰ）１３で偏光面を４５°回転された光束のうちＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１４で反射され、レンズ１５を経由して光検出器（ＰＤ１）１６上に集光される。光検出器（ＰＤ１）１６のＲＦ出力１７から光ディスク１２上の情報が再生される。

また、１／２波長板（ＨＷＰ）１３で偏光面を４５°回転された光束のうちＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１４を透過し、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）１８で反射され、レンズ１９を経由して２分割光検出器（ＰＤ２）２０上に集光される。２分割光検出器（ＰＤ２）２０の出力信号からトラッキングエラー２１が得られる。

一方、ＳＩＬ１１の底面で反射された光束のうち、全反射をしないＮＡeff＜１の光束については、２層光ディスク１２からの反射光と同様に、入射と逆回りの円偏光として反射される。全反射を起こすＮＡeff≧１の光束については、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の間に次式で示す位相差δを生じ、円偏光からずれて楕円偏光となる。

ｔａｎ（δ／２）＝ｃｏｓθi×√（N²×ｓｉｎ²θｉ-１）／（Ｎ×ｓｉｎ²θｉ） …（２）式
従って、１／４波長板８を通過すると往路と同じ方向の偏光成分を含むことになる。この偏光成分は、ＰＢＳ７を透過してＮＢＳ４で反射され、レンズ２６を経由して光検出器（ＰＤ3）２７上に集光される。この光束の光量は、近接場領域において、ＳＩＬ底面と２層ディスクの距離が近づくに従い単調減少するので、ギャップエラー信号２８として用いることができる。

予め目標の閾値を決めておけば、ギャップサーボを行うことによりＳＩＬ底面と光ディスクの距離を１００ｎｍ以下の所望の距離に保つことができる。ギャップサーボに関しては、前述のＪａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 誌 ４４巻（２００５） Ｐ.３５６４−３５６７の論文に詳しい。また、この光束は、光ディスク１２上の記録情報による変調を受けていないので、記録情報の有無に拘わらず、安定したギャップエラー信号を得ることができる。

ここで、前述したように、超半球ＳＩＬは、ＮＡを簡単に高めることができる利点があり、例えば、ＮＡｅｆｆ＝２とすれば、直径１２０ｍｍのディスクに１５０ＧＢの記録が可能である。しかし、ＳＩＬのレンズ厚み製造誤差を極めて厳しく管理する必要がある。また、記録層を保護する保護層の屈折率はＮＡｅｆｆよりも高くなくては、エバネッセント光が記録層に達しないので、必然的に保護層の材質は屈折率が２を超えるような無機材料でなくてはならない。

即ち、超半球ＳＩＬでは、安価にスピンコートなどで塗布が可能であるが屈折率の低い（Ｎ＝１.６程度）の有機材料保護層を用いることができない。記録層が擦過等で傷つくことを防止する保護層は、少なくとも数μｍ程度は必要であるから、これらを無機材料で作製することは、高いコストを要する。同様に、超半球ＳＩＬを用いた場合は、中間層を有機材料として、複数の記録層を積層する多層化も困難であると言わざるを得ない。

一方、半球ＳＩＬは、安価に使用できる対物レンズのＮＡから考えて、ＮＡｅｆｆ＝１.５程度が限界である。この場合、直径１２０ｍｍのディスクに８４ＧＢの記録が可能である。しかし、記録層を保護する保護層の屈折率は１.６程度を選ぶことができるので、安価な有機材料保護層を用いることが可能である。

同様に、半球ＳＩＬを用いた場合は、中間層を有機材料として、複数の記録層を積層する多層化も可能となる。例えば、２層ディスクとすれば、記録容量は１６８ＧＢとなり、ＮＡｅｆｆ＝２の超半球ＳＩＬを用いた場合に勝る。更に、半球ＳＩＬの製造誤差も比較的緩く、量産が可能なレベルにある。これらのＳＩＬの比較に関しては、前述のＯｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ２００４，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ５３８０巻（２００４）の論文に詳しい。

次に、２層ディスク１２の詳細と半球ＳＩＬについて図８及び図９を用いて説明する。２層ディスク１２には、ポリカーボネート基板１２−１の上に情報トラックやピットが形成されたトラックを有するＬ０記録層１２−２が設けられている。

Ｌ０記録層の上には、例えば、２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる３μｍの一定厚みの中間層１２−３を介して、同様に情報トラックやピットが形成されたトラックを有するＬ１記録層１２−４が設けられている。更に、Ｌ１記録層１２−４の上には、例えば、２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる３μｍの一定厚みのカバー層１２−５が設けられている。

仮想的な半球ＳＩＬ１１の球の中心（点線で示す円の中心）は、ほぼＬ０記録層１２−２とＬ１記録層１２−４の中間にある。Ｌ０記録層１２−２にフォーカスを合わせる場合は、図８に示すように対物レンズ１０とＳＩＬ１１の間隔はボイスコイルモータ２０１によってｄ１に調整される。エキスパンダレンズ９で平行とされた光束は、対物レンズ１０とＳＩＬ１１を経て、前述の球の仮想的な中心よりも僅かだけＳＩＬから遠い位置であるＬ０記録層に合焦する。

また、Ｌ１記録層１２−４にフォーカスを合わせる場合は、図９に示すように対物レンズ１０とＳＩＬ１１の間隔はボイスコイルモータ２０１によってｄ２（ｄ２＞ｄ１）に調整される。エキスパンダレンズ９で平行とされた光束は、対物レンズ１０とＳＩＬ１１を経て、前述の球の仮想的な中心よりも僅かだけＳＩＬから近い位置であるＬ１記録層１２−４に合焦する。

光ディスクのＬ０記録層とＬ１記録層の層間のジャンプは、図９に示すようにボイスコイルモータ２０１によって対物レンズ１０を制御し、対物レンズ１０とＳＩＬ１１の間隔を調整することで行う。これらの技術に関しては、前述のＯｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ２００４，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ５３８０巻（２００４）の論文に詳しい。

対物レンズ１０とＳＩＬ１１の両レンズの間隔を調整するボイスコイルモータ２０１は、レンズホルダ２０２上に実装されている。レンズホルダ２０２は不図示の２軸アクチュエータによりギャップエラー信号２８を用いてＳＩＬ１１とディスク１２間の距離が所定の値を保つように制御される。また、レンズホルダ２０２は２軸アクチュエータによりトラッキングエラー２１を用いて光スポットが所望のトラックへ追従するように制御される。
Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ 誌 ４４巻（２００５） Ｐ.３５６４−３５６７ "Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｏｎ Ｆｉｒｓｔ−Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗｒｉｔｅ−Ｏｎｃｅ Ｍｅｄｉａ ｗｉｔｈ ａ ＮＡ＝１.９ Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ" Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ ２００４，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ ５３８０巻（２００４） "Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ ｒｅａｄ−ｏｕｔ ｏｆ ｆｉｒｓｔ−ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｋ ｗｉｔｈ ＮＡ＝１.９ ａｎｄ ａ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ａ ｃｏｖｅｒ−ｌａｙｅｒ ｉｎｃｉｄｅｎｔ， ｄｕａｌ−ｌａｙｅｒ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｓｙｓｔｅｍ"

従来の半球ＳＩＬ１１と２層ディスク１２を用いた近接場記録用光情報記録再生装置には、以下のような問題点があった。即ち、ギャップエラー信号を用いてＳＩＬとディスク間の距離を所定の値に保つだけなので、Ｌ０層またはＬ１層に正確にフォーカスを合わせるためには、フォーカスエラー信号は使用できず、トラッキングエラー信号やＲＦ信号の振幅、変調度等を常に監視する必要があった。何故なら、フォーカスエラー信号には、前述したようにＳＩＬ１１の底面からの反射光がノイズとして混入してしまうからである。

従って、ディスクのカバー層や中間層に僅かな厚みむらが生じても、それに迅速に追従することが出来ず、正確な情報の記録や再生が困難となっていた。また、温度変化等により半導体レーザの波長が変化しても、それに迅速に追従することが出来ず、正確な情報の記録や再生が困難となっていた。

更に、層間ジャンプを行う際にも、フォーカスエラー信号が参照できないため、迅速なフォーカスジャンプが困難であったり、ジャンプに失敗することが多々あった。

本発明の目的は、フォーカスエラーを検出する光束中、ＳＩＬ底面からの反射光がノイズとして混入することを防ぎ、それによってフォーカスエラー信号に基づいてフォーカス合わせを行うことが可能な光情報記録再生装置を提供することにある。

本発明は、光記録媒体の記録層の反射光束からフォーカスエラー信号を検出し、フォーカスエラー信号に基づいて光記録媒体の記録層にフォーカス合わせを行う。フォーカスエラー信号を検出する場合には、瞳内の対物レンズとＳＩＬによる実行開口数ＮＡｅｆｆ＜１の光束のみを用いてフォーカスエラー信号を検出することにより、フォーカスエラー信号にＳＩＬ底面からの反射光がノイズとして混入することがない。

本発明によれば、光記録媒体の記録層からの反射光束のうちノイズ成分のない反射光束を用いてフォーカスエラー信号を検出することにより、光記録媒体の記録層に正確にフォーカス合わせを行うことができる。そのため、光記録媒体のカバー層や中間層に僅かな厚みむらが生じても、それに迅速に追従でき、正確な情報の記録或いは再生が可能となる。

また、温度変化等によりレーザ光源の波長が変化しても、それに迅速に追従することが出来、正確な情報の記録或いは再生が可能となる。更に、層間ジャンプを行う際にも、フォーカスエラー信号を参照できるため、迅速なフォーカスジャンプが出来、ジャンプに失敗することがない等の効果がある。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１から図３を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本発明に係る光情報記録再生装置の近接場記録用光ピックアップの構成を示すものである。なお、図１では図５の従来装置と同一部分には同一符号を付している。

また、図１では光ディスクに情報を記録或いは再生するために必要な記録回路や再生回路、サーボ制御回路、光ピックアップのシーク制御を行う回路や機構等は省略している。更に、光ディスクを回転駆動するモータ、装置内の各部を制御するコントローラ等、その他の回路や機構については周知であるので省略している。

波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した光束は、コリメータレンズ２で平行光束とされ、ビーム整形プリズム３に入射して等方的な光量分布とされる。非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４を経て、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過した光束は、１／４波長板（ＱＷＰ）８を通過し、直線偏光から円偏光に変換される。

なお、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射された光束を受光し、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６が設けられている。１／４波長板（ＱＷＰ）８を透過した光束は、エキスパンダレンズ９に入射する。エキスパンダレンズ９は、対物レンズやＳＩＬで発生する球面収差を補正するためのレンズで、球面収差に応じて２枚のレンズ間隔を制御可能なように構成されている。

エキスパンダレンズ９からの光束は、対物レンズ１０に入射する。対物レンズ（後玉レンズ）１０とＳＩＬ（先玉レンズ）１１は、図８、図９で説明したようにレンズホルダ２０２に保持され、レンズホルダ２０２はフォーカスとトラッキング方向に２つのレンズを一体に駆動する２軸アクチュエータ上に実装されている。また、レンズホルダ２０２にはボイスコイルモータ２０１が保持され、その駆動により対物レンズ１０がフォーカス方向に移動する。

ＳＩＬには、図６の半球タイプを用いている。本実施形態では、ＮＡ＝０.７の対物レンズ１０にN＝２の半球レンズのＳＩＬ１１を組み合わせて、ＮＡeff＝1.４とする。

そのため、ＳＩＬ底面と光ディスク１２の距離が、半導体レーザ１の波長４０５ｎｍの数分の１以下、例えば、１００ｎｍ以下の近距離にある場合のみ、ＳＩＬ底面からエバネッセント光として記録面に作用し、ＮＡeffの光スポット径による記録又は再生が可能である。この距離を保つために前述のギャップサーボが用いられている。２層ディスク１２は図８及び図９に示すように記録層を２層有する光ディスクである。

光ディスク１２で反射された光束は逆回りの円偏光となり、ＳＩＬ１１及び対物レンズ１０に入射して平行光束に再び変換される。更に、エキスパンダレンズ９、１／４波長板８を通過し、往路とは直交する方向の直線偏光とされた光束はＰＢＳ７で反射され、１／２波長板（ＨＷＰ）１３に入射する。

１／２波長板（ＨＷＰ）１３で偏光面を４５°回転された光束のうちＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１４で反射され、レンズ１５を経由して光検出器（ＰＤ１）１６上に集光される。この光検出器（ＰＤ１）１６のＲＦ出力１７から光ディスク１２上の情報が再生される。

一方、１／２波長板（ＨＷＰ）１３で偏光面を４５°回転された光束のうちＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１４を透過し、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）１８で反射され、レンズ１９を経由して２分割光検出器（ＰＤ２）２０上に集光される。２分割光検出器（ＰＤ２）２０の出力からトラッキングエラー２１が得られる。

次に、本実施形態の特徴とする構成について説明する。それは、図１の点線で囲まれた構成にある。即ち、非偏光ビームスプリッタ１８を透過した光束は、開口２２を通過して光束の外周部が遮光され、センサレンズ２３を経由して光検出器（ＰＤ４）２４上に集光される。光検出器（ＰＤ４）２４の出力からフォーカスエラー２５が得られる。

センサレンズ２３は、例えば、トーリックレンズであり、４分割光検出器である光検出器（ＰＤ４）２４の出力信号を用いて、公知の非点収差法によりフォーカスエラー２５が得られ、所望の記録層にフォーカス合わせがなされる。

次に、図１の点線で囲まれた構成について図２及び図３を用いて詳述する。図２は図１の点線で囲まれた構成を詳細に示す。図２において、光ディスクからの反射光束は、瞳径周縁部ではＮＡ＝１.４（ＮＡ＞１）となる。開口２２はその中心部のＮＡ＜１、例えば、ＮＡ＝0.８５程度の光束を透過し、外周部のＮＡ＞１となる光束を遮光する。

透過光束をＮＡ＝１よりも１０％程度小さくするのは、対物レンズ１０及びＳＩＬ１１がディスク偏芯に伴い、ディスク半径方向に移動した場合に、外周部のＮＡ＞１となる光束が混入しないためである。

開口２２の開口径は、ＮＡ＝０.７５から０.９５の範囲とするのが好適である。何故なら、ＮＡを著しく低くすると、フォーカス感度が低下してしまうからである。センサレンズ２３は、上述のようにトーリックレンズであり、４分割光検出器２４の出力信号を用いて、非点収差法により所望の記録層にフォーカス合わせがなされる。

図３は瞳内の光量分布を模式的に示す。ギャップサーボにより波長４０５ｎｍの数分の１以下、例えば、５０ｎｍの距離にＳＩＬと光ディスク間が保たれている場合である。ＮＡ＞１の輪環部はＳＩＬ底面からの反射光が多く含まれていて、フォーカス信号にとってはノイズとなる。従って、開口２２はＮＡ＜１以下、例えば、図３の点線の内側であるＮＡ＜０.８５の光束を透過する。ＮＡ＜１以下の光束には、光ディスク１２の記録層からの反射光が多く含まれていて、容易にフォーカス情報を得ることができる。ＮＡは対物レンズ１０とＳＩＬ１１による実効開口数である。

ここで、対物レンズ１０とＳＩＬ（先玉レンズ）１１は、図８、図９と同様にレンズホルダ２０２上に保持され、その両レンズの間隔を調整するボイスコイルモータ２０１はレンズホルダ２０２上に保持されている。

レンズホルダ２０２は同様に図示しない２軸アクチュエータの駆動によりフォーカス方向とトラッキング方向に移動するように構成されている。ギャップサーボを行う場合には、図５の場合と同様に図示しないギャップサーボ回路がギャップエラー信号２８に基づいて２軸アクチュエータを制御することにより、ＳＩＬ１１と光ディスク１２との間隔が所定の値に保たれる。ギャップサーボに関しては後述する。

トラッキングサーボを行う場合には、図示しないトラッキングサーボ回路がトラッキングエラー信号２１に基づいて２軸アクチュエータを制御することにより半導体レーザ１からの微小光スポットが目的の情報トラック上を走査するように制御を行う。

光ディスク１２の層間ジャンプを行う場合には、図８、図９で説明した方法と同様に行う。即ち、ボイスコイルモータ２０１を制御することにより、対物レンズ１０を光軸方向に移動させることでＬ０記録層とＬ１記録層間の層間ジャンプを行う。

その際、Ｌ０記録層とＬ１記録層間で層間ジャンプを行う場合には、対物レンズ１０を光軸方向に移動させ、その時のフォーカスエラー信号を参照して層間ジャンプを行う。フォーカスエラー信号を参照すると、フォーカスエラー信号が記録層に応じて変化するため、各記録層の合焦位置（フォーカスエラー＝０）が分かる。従って、フォーカスエラー信号を監視しながら記録層の合焦位置間で層間ジャンプを行うことにより、迅速且つ正確にジャンプすることが可能となる。層間ジャンプは図示しないコントローラの制御により行う。

フォーカスサーボは、従来の１層ディスク或いは２層ディスク等の場合のフォーカスサーボと同様に行う。本実施形態では、フォーカスエラー信号２５は図示しないフォーカスサーボ回路に供給され、そのフォーカスサーボ回路によりボイスコイルモータ２０１を制御する。即ち、フォーカスサーボ回路によりフォーカスエラー信号が０となるように対物レンズ１０をフォーカス方向に制御することにより、半導体レーザ１からの微小光スポットが光ディスク１２のＬ０記録層或いはＬ１記録層に合焦するようにフォーカスサーボを行う。

なお、どちらの場合も、記録層からの反射光束は、対物レンズ１０とＳＩＬ１１を経て、エキスパンダレンズ９で平行とされ、その時のフォーカスエラー信号が０となるようにセンサレンズ２３の位置が予め調整されている。

本実施形態においては、フォーカスエラー信号を用いて光ディスクのＬ０記録層またはＬ１記録層に正確にフォーカスを合わせるため、光ディスクのカバー層や中間層に僅かな厚みむらが生じても、それに迅速に追従することが出来、正確な情報の記録或いは再生が可能となる。また、温度変化等により半導体レーザ１の波長が変化しても、それに迅速に追従することが出来、正確な情報の記録或いは再生が可能となる。更に、層間ジャンプを行う際にも、フォーカスエラー信号を参照できるため、迅速なフォーカスジャンプが出来、ジャンプに失敗することがない。

一方、ＳＩＬ１１の底面で反射された光束のうち、全反射をしないＮＡeff＜１の光束については、上記光ディスク１２からの反射光と同様に、入射と逆回りの円偏光として反射される。全反射を起こすＮＡeff≧１の光束については、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の間に（２）式で示す位相差δを生じ、円偏光からずれて楕円偏光となり、１／４波長板８を通過すると往路と同じ方向の偏光成分を含むことになる。

この偏光成分は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過して非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射され、レンズ２６を経由して光検出器（ＰＤ３）２７上に集光される。この光束の光量は、近接場領域において、ＳＩＬ底面と光ディスクの距離が近づくに従い単調減少するので、ギャップエラー信号２８として用いることができる。

予め目標の閾値を決めておけば、２軸アクチュエータを駆動してギャップサーボを行うことにより、ＳＩＬ底面と光ディスクの距離を１００ｎｍ以下の所望の距離に保つことができる。また、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６の出力を用いて、ギャップエラー信号２８を正規化することができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態を示す構成図である。図４では図１と同一部分には同一符号を付している。また、図４では同様に光ディスクに情報を記録或いは再生するために必要な記録回路や再生回路、サーボ制御回路、光ピックアップのシーク制御を行う回路や機構等は省略している。更に、光ディスクを回転駆動するモータ、装置内の各部を制御するコントローラ等、その他の回路や機構については周知であるので省略している。

波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射された光束は、コリメータレンズ２で平行光束とされ、ビーム整形プリズム３に入射して等方的な光量分布とされる。非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４を経て、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過した光束は、エキスパンダレンズ９に入射する。エキスパンダレンズ９は、対物レンズやＳＩＬで発生する球面収差を補正するためのレンズで、球面収差に応じて２枚のレンズ間隔を制御可能なように構成されている。なお、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射された光束を受光し、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６が設けられている。

エキスパンダレンズ９からの光束は対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０とＳＩＬ１１は、同様にレンズホルダに保持され、レンズホルダはフォーカスとトラッキング方向に２つのレンズを一体に駆動する２軸アクチュエータ（図示しない）上に実装されている。ＳＩＬには、同様に図６の半球タイプを用いている。本実施形態では、ＮＡ＝０.７の対物レンズ１０にN＝２の半球レンズのＳＩＬ１１を組み合わせて、ＮＡeff＝1.４とする。

そのため、ＳＩＬ底面と光ディスク１２の距離が、光源の波長４０５ｎｍの数分の１以下、例えば、１００ｎｍ以下の近距離にある場合のみ、ＳＩＬ底面からエバネッセント光として記録面に作用し、ＮＡeffの光スポット径による記録再生が可能である。この距離を保つために前述のギャップサーボが用いられている。また、同様に２層ディスク１２は図８及び図９に示すように記録層を２層有する光ディスクである。

光ディスク１２で反射された光束は、ＳＩＬ１１及び対物レンズ１０に入射して平行光束に再び変換される。更に、エキスパンダレンズ９を通過し、往路と同じ方向の直線偏光の光束は、ＰＢＳ７を透過し、ＮＢＳ４で反射され、１／２波長板（ＨＷＰ）１３に入射する。

１／２波長板（ＨＷＰ）１３で偏光面を４５°回転された光束のうちＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１４で反射され、レンズ１５を経由して光検出器（ＰＤ１）１６上に集光される。光検出器（ＰＤ１）１６のＲＦ出力１７から光ディスク１２の情報が再生される。

一方、１／２波長板（ＨＷＰ）１３で偏光面を４５°回転された光束のうちＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４を透過し、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）１８で反射され、レンズ１９を経由して２分割光検出器（ＰＤ２）２０上に集光される。２分割光検出器（ＰＤ２）２０の出力信号からトラッキングエラー２１が得られる。

本実施形態の特徴は、図４において点線で囲まれた構成にある。即ち、非偏光ビームスプリッタ１８を透過した光束は、開口２２を通過して光束の外周部（ＮＡ＞１）を遮光され、センサレンズ２３を経由して光検出器（ＰＤ４）２４上に集光される。光検出器（ＰＤ４）２４の出力信号からフォーカスエラー２５が得られる。

センサレンズ２３は、例えば、トーリックレンズであり、４分割光検出器２４の出力を用いて公知の非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出する。点線で囲まれた構成は、第１の実施形態と同様なので省略する。

フォーカスサーボは、第１の実施形態と同様に行う。フォーカスエラー信号２５はフォーカスサーボ回路に供給され、そのフォーカスサーボ回路によりボイスコイルモータ２０１を制御する。即ち、フォーカスサーボ回路によりフォーカスエラー信号が０となるように対物レンズ１０をフォーカス方向に制御することにより、半導体レーザ１からの微小光スポットが光ディスク１２のＬ０記録層或いはＬ１記録層に合焦するようにフォーカスサーボを行う。

なお、ギャップサーボ、トラッキングサーボ、層間ジャンプは第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、同様にフォーカスエラー信号に基づいて光ディスクのＬ０層またはＬ１層に正確にフォーカスを合わせを行うため、カバー層や中間層に僅かな厚みむらが生じても、それに迅速に追従することが出来、正確な情報の記録や再生が可能となる。また、温度変化等により半導体レーザ１の波長が変化しても、それに迅速に追従することが出来、正確な情報の記録や再生が可能となる。更に、層間ジャンプを行う際にも、フォーカスエラー信号を参照できるため、迅速なフォーカスジャンプが出来、ジャンプに失敗することがない。

一方、ＳＩＬ１１の底面で反射された光束のうち、全反射をしないＮＡeff＜１の光束については、光ディスク１２からの反射光と同様に、ほぼ入射時と同様の直線偏光として反射される。全反射を起こすＮＡeff≧１の光束については、入射偏光方向とそれに直交する方向以外のアジムスでＳＩＬ底面に入射する光束では、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の間に（２）式で示す位相差δを生じ、直線偏光からずれて楕円偏光となり、往路と直交方向の偏光成分を含むことになる。

この偏光成分は、ＰＢＳ７で反射され、レンズ２６を経由して光検出器（ＰＤ３）２７上に集光される。この光束の光量は、近接場領域においてＳＩＬ底面と光ディスクの距離が近づくに従い単調減少するので、ギャップエラー信号２８として用いることができる。

予め目標の閾値を決めておけば、２軸アクチュエータを駆動してギャップサーボを行うことにより、ＳＩＬ底面と光ディスクの距離を１００ｎｍ以下の所望の距離に保つことができる。また、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６の出力を用いて、ギャップエラー信号２８を正規化することができる。

なお、以上の実施形態では、２層の記録層を有する２層記録媒体を用いた例を説明したが、本発明は、これに限ることなく、１層の記録層を有する記録媒体、或いは２層以上の記録層を有する記録媒体にも使用することができる。

本発明に係る光情報記録再生装置の第１の実施形態を示す構成図である。 図１の実施形態のフォーカスエラー信号を検出する光学手段を詳細に示す図である。 図１の実施形態の瞳内の光量分布を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す構成図である。 従来例の近接場記録用光情報記録再生装置を示す構成図である。 半球ＳＩＬの従来例を説明する図である。 超半球ＳＩＬの従来例を説明する図である。 ２層ディスクのＬ０記録層にフォーカスを合わせた場合の様子を示す図である。 ２層ディスクのＬ１記録層にフォーカスを合わせた場合の様子を示す図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ コリメータレンズ
３ ビーム整形プリズム
４，１８ 非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）
５，１５，１９，２３，２６ レンズ
６ ＬＰＣ−ＰＤ
７，１４ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
８ １／４波長板（ＱＷＰ）
９ エキスパンダレンズ
１０１ 対物レンズ（後玉レンズ）
１１ ＳＩＬ（先玉レンズ）
１２ ２層ディスク（光記録媒体）
１３ １／２波長板（ＨＷＰ）
１６ 光検出器（ＰＤ１）
２０ ２分割光検出器（ＰＤ２）
２４ 光検出器（ＰＤ４）
２７ 光検出器（ＰＤ３）
１７ ＲＦ出力
２１ トラッキングエラー
２２ 開口
２５ フォーカスエラー
２８ ギャップエラー
２０１ ボイスコイルモータ
２０２ レンズホルダ

Claims (5)

1. レーザ光源からの光束を集光する対物レンズと、前記対物レンズと光記録媒体の間に配置されたＳＩＬとを有し、前記レーザ光源からの光束を前記対物レンズとＳＩＬにより前記光記録媒体の記録層上に近接場効果による微小光スポットとして集光することにより情報を記録又は再生する光情報記録再生装置において、
   前記光記録媒体の記録層の反射光束からフォーカスエラー信号を検出する手段と、前記フォーカスエラー信号に基づいて前記光記録媒体の記録層にフォーカス合わせを行う手段とを具備し、前記フォーカスエラー信号検出手段は、瞳内の前記対物レンズと前記ＳＩＬによる実効開口数ＮＡｅｆｆ＜１の光束のみを用いて、前記フォーカスエラー信号を検出することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 前記対物レンズと前記フォーカスエラー信号検出手段の間に、少なくとも前記フォーカス合わせを行う手段の一部、１／４波長板、偏光ビームスプリッタが設けられ、前記偏光ビームスプリッタに入射する偏光方向に直交する偏光方向成分を前記偏光ビームスプリッタで分離して、前記フォーカスエラー信号検出手段に導くことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
3. 前記対物レンズと前記フォーカスエラー信号検出手段の間に、少なくとも前記フォーカス合わせを行う手段の一部、偏光ビームスプリッタが設けられ、前記偏光ビームスプリッタに入射する偏光方向に平行な偏光方向成分を前記偏光ビームスプリッタで分離して、前記フォーカスエラー信号検出手段に導くことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
4. 前記フォーカスエラー信号検出手段は、前記瞳内の実行開口数ＮＡｅｆｆ＜１の光束のみを透過し、それより外周部の光束は遮光する開口を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
5. 前記フォーカスエラー信号検出手段は、前記実行開口数ＮＡｅｆｆが、０.７５から０.９５の光束を用いて前記フォーカスエラー信号を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。