JP2008508652A - 光学走査装置のための初期焦点最適化 - Google Patents

Abstract

特定のタイプの高密度光記録システムにおいては、放射ビーム（６２）を光記録担体（８２）の情報層上に収束させるために、対物系に固体浸レンズ（ＳＩＬ）（８０）が使用される。斯かるＳＩＬの出射面（１２２）と記録担体の入射面（１２０）との間のギャップの幅を表す適切なギャップ信号が、当該システムの動作中にギャップの幅を制御するために使用される。当該光記録システムの光学系の光学エレメント及び光機械部品における許容誤差が、対物系の焦点の位置のオフセットにつながり得る。斯かるオフセットは、斯様な記録システムに対して典型的に使用されるギャップ幅より大きい可能性がある。これは、上記ＳＩＬと当該記録担体との間の直接的接触につながり得、この結果、ＳＩＬと記録担体の一方又は両方の損傷が生じ得る。本発明は、信頼性があり且つ強いギャップ信号をギャップ幅制御用に導出することができるように、光記録担体を読み出し又は記録するために使用される光学系の焦点オフセットを補正するような焦点初期化のための方法及び構成を開示するものである。

Description

本発明は、記録担体を走査する、特には記録担体を放射のエバネセント結合を用いて走査する光学走査装置に関する。

特定のタイプの高密度光学走査装置においては、放射ビームを記録担体の情報層上の走査スポットに収束するために固体浸レンズ（ＳＩＬ）が使用される。斯かるＳＩＬから記録担体への放射ビームのエバネセント（束の間の）結合を可能にするために、該ＳＩＬの出射面と記録担体の入射面との間の、例えば２５ｎｍ等の或る寸法のエアギャップが望ましい。エバネセント結合は、さもなければ、フラストレーテッド全内部反射（ＦＴＩＦ）とも呼ばれる。エバネセント結合を使用する記録システムは近接場（near-field）システムとしても知られており、これらの名前はエバネセント波によりＳＩＬの出射面に形成される場（これは、時には近接場とも呼ばれる）に由来する。例示的光学走査装置は、約４０５ｎｍの波長を持つ放射ビームを放出するブルーレーザであるような放射源を使用することができる。

当該記録担体の走査の間においては、ＳＩＬの出射面と記録担体の外側面との間にエバネセント結合が維持されねばならない。これは、ＳＩＬと記録担体との間において運動の間に、ギャップの寸法を所望の非常に小さな値に維持することを含む。このエバネセント結合の効率は、一般的に、上記出射面と入射面との間のギャップの寸法の変化に伴い変化する。ギャップ寸法が所望のギャップ寸法より大きくなると、結合効率は減少する傾向があり、走査スポットの品質も低下するであろう。当該走査手順が例えば記録担体からのデータの読み取りに関わる場合、この効率の減少は結果的に読み取られているデータの品質の減少となり、恐らくはデータ信号にエラーが生じる。過度に小さなギャップ寸法は、ＳＩＬと記録担体との衝突を生じる結果となり得る。

このような小さな距離において機械式アクチュエータを用いたエアギャップの幅の制御を可能にするためには、ギャップサーボ系の入力として適切な制御信号が必要とされる。当該ギャップ信号は、対物系の出射面と光記録担体の入射面との間のギャップの幅に対する尺度となるような信号である。T. Ishimoto他による文献［１］及びZijp他による文献［２］に開示されているように、ギャップ信号として適した信号は、記録担体に収束される順方向放射ビームのものに対して垂直な偏光状態を持つ反射光から得ることができる。ＳＩＬ／空気／記録担体界面における反射の後、当該光のかなりの割合が楕円偏光状態となり、この効果は、反射光が直交偏光子（crossed polarizers）を介して観察した場合に良く知られたマルタ十字（Maltese cross）を生じる。このマルタ十字の全ての光を、偏光光学子及び放射検出器（単一の光検出器とすることができる）を用いて積分すると、上記ギャップ信号を生じる。ギャップ信号の値は、零のギャップ幅に対して零となり、ギャップ幅が増加すると増加し、ギャップ幅が波長の約１０分の一になると最大値で水平となる。前記所望のギャップ幅は、該ギャップ信号の或る値、即ち設定点に対応する。上記ギャップ信号と上記設定点に等しい一定電圧が比較器（例えば、減算器）に入力され、該比較器が自身の出力端にギャップエラー信号を形成する。該ギャップエラー信号はギャップサーボ系を制御するために使用される。

対物レンズのレンズエレメント及びアセンブリ（光学エレメントの厚さ、相互距離及び半径等）の製造誤差により、所望の位置に焦点を持つ近接場レンズを作製することは非常に困難である。ギャップ幅は好ましくは約２５ｎｍの範囲であるので、当該系の焦点位置に対する要件も同様の範囲内にある。焦点深度は約λ／２ＮＡ_eff ^２（収束スポットが正に回折限界にある）であり、これは、４０５ｎｍの波長及び１．８のＮＡ_effに対して約６３ｎｍとなる。

１５ｍλ ｒｍｓ（ミリ波二乗平均光路差（RMS OPD））未満の波面収差のためのレンズ／ＳＩＬ距離に対する許容誤差は０．２５μｍに過ぎず（F. Zijp他の文献［２］参照）、これは達成するのが実際には極めて困難である。使用される対物レンズのビーム輻輳（vergence）に対する設計値からの放射ビームの輻輳のずれも、当該系における焦点の結果的位置に影響を与え得る。この焦点ずれ以外に、球面収差のような他の収差も当該系における焦点の位置に影響を与え得る。

全ての斯様なエラーが誤ったギャップ信号となり得る。ＳＩＬの出射面から記録担体までの距離は典型的には当該放射の波長の十分の一より小さいので、ギャップ信号が正しくない場合に光記録担体を対物レンズにより損傷する危険性が存在するであろう。

光記録システムの焦点初期化に関する現行技術は、対物レンズに向かう放射ビームの輻輳に対する非常に厳しい許容誤差、好ましくは平行な放射ビーム、に基づくものである。この場合、対物レンズは光路中に取り付けられる。フォーカス及びトラッキングサーボ制御が活性状態でない（オープンループ）間に、対物レンズは回転していない記録担体（例えばＲＯＭディスク）と接触させられる。通常、斯かる回転していない記録担体は例えば装置の振動により小さな往復運動を行っているので、当該システムのトラッキング又はＲＦ検出チャンネルの信号には変調が存在するであろう。この場合、当該システムの焦点オフセットは、対物レンズに向かう放射ビームの輻輳の変化により（例えば、テレスコープ又はコリメータ位置調整により）、充分な変調の読出信号（例えば、プッシュプル又はデータ等の）が得られる場合にギャップ信号が略零となるように調整される。かくして、焦点オフセットに対して補正されたギャップ信号が得られ、ギャップ制御及びトラッキング制御を用いた回転するディスクでのシステムのスタートアップを実行することができる（文献［２］参照）。

このオフセット調整は、例えばコリメータレンズ位置又はテレスコープ構造におけるレンズの位置を調整することにより、入射レーザビームを平行から僅かに収束性又は発散性に変化させることにより得ることができる。例えば、２０μｍまでのレンズ／ＳＩＬ距離誤差による焦点ずれ収差は、既存の光学記録システムにおいて斯かる方法により補償することができた。

より大きな誤差も同じ方法で補正することができるが、収束された放射ビームにおける結果的収差レベル（主に球面収差による）は、増加するであろう。

これは、製造される各対物レンズに対してコリメータ又はテレスコープレンズ位置を最適化する必要があり得ることを意味している。可能な代替方法は、コリメータ又はテレスコープ位置を対物レンズに向かう放射ビームが高度に規定された平行放射ビームとなるように一定に維持し、レンズ／ＳＩＬ距離が追加のアクチュエータにより焦点ずれを最小化するように調整されることである。しかしながら、この方法はレンズ系の複雑さ、価格及び運動質量を増加させ得、これは帯域幅を、従って達成可能なデータレートを減少させるであろう。特に、近接場光学記録システムが商品化され低価格でなければならない場合は、小型で且つ大量生産可能な光学ピックアップユニット（ＯＰＵ）が適用されるべきである。

他の可能性は、ＯＰＵにおける干渉測定を含む。しかしながら、これは時間の掛かる測定であり、実行するのが困難であることが予測される。何故なら、１より大きなＮＡを持つレンズは小型に作製されたＯＰＵ内の反射機構において解析されねばならないからである。

例えば記録担体の読み出しの間において中央開口又はＲＦ（データ）信号を最大化することに基づく初期焦点最適化のための方法は、初期ステップとしては使用することができないであろう。何故なら、これは初期焦点設定及びディスク角度調整を既に必要とするからである。最適でない焦点位置は、ギャップ制御及び／又はトラッキングが容易に失敗するような高度に収差されたスポットにつながるであろう。これは、記録担体を読み出す際の対物レンズと記録担体との間の衝突にさえつながり得、その結果、記録担体又は対物レンズが損傷し又は使用不能となり得る。

従って、現在の焦点初期化方法は、強くはなく時間が掛かると考えられる。

本発明の主たる目的は、近接場又はエバネセント結合光学記録システムにおける焦点位置の強い初期化のための、信頼性のあるギャップ信号を得ることができるような方法及び構成を提供することにある。

本発明の第１態様によれば、走査位置において光記録担体（８２）を走査する光学走査装置であって、前記記録担体は入射面（１２０）及び少なくとも１つの情報層を有し、前記装置が、順方向放射ビーム（６２）を発生する放射源（１２０）と、前記放射ビームを前記少なくとも１つの情報層上に収束させる対物系であって、該対物系が前記放射源と前記走査位置との間における前記順方向放射ビームの経路に配置された出射面（１２２）を有すると共に、前記光記録担体が前記走査位置に位置する場合に前記出射面と前記入射面との間のギャップにわたって前記放射ビームの前記光記録担体とのエバネセント結合を形成するような対物系と、前記対物系から到来する反射放射ビームを検出すると共に前記ギャップの幅を表すギャップ信号を供給する放射検出器（１０８）とを有し、当該装置が該装置における焦点オフセットを前記ギャップ信号に依存して補正するように前記順方向放射ビームの輻輳を調整する手段（７２）を有することを特徴とするような光学走査装置が提供される。

かくして、本発明を適用すると、従来技術において存在する光学要素を利用することにより、対物レンズ系と記録担体との間の可能性のある衝突を防止すべく、当該システムの焦点オフセットを初期化することができる。当該光学記録システムにおける焦点オフセットを除去することにより、信頼性のあるギャップ信号を得ることができる。

本発明の好ましい実施例においては、前記調整する手段は前記対物系内に位置し、これは小型の光学系を可能にする。本発明の好ましい実施例においては、前記順方向放射ビームの輻輳を調整する手段は、軸方向に移動可能な光学エレメント又は、代わりに、電気的に調整可能な可変焦点距離を持つ光学エレメントを有する。

本発明の第２態様によれば、光学走査装置における焦点オフセットを補正する方法であって、光記録担体の入射面と対物系の出射面との間のギャップ幅が順方向放射ビームの波長の少なくとも十分の一より小さい場合に前記ギャップ幅を前記波長の少なくとも十分の一まで増加させるステップと、順方向放射ビームを前記対物系の前記出射面上に収束させるステップと、前記対物系の前記出射面に向かう前記放射ビームの輻輳をギャップ信号に依存して調整するステップとを少なくとも含むような方法が提供される。

本発明の第３態様によれば、上述したような光学走査装置における焦点オフセットを補正する方法であって、前記対物系の前記出射面に向かう前記放射ビームの輻輳を、前記光記録担体における入射面と該入射面に最も近い情報層との間の材料の厚さに関して補正するステップを含むような方法が提供される。

光学記録システムにおいて光記録担体上に記録することが可能な最大情報密度は、情報層上の走査位置に収束されるレーザスポットの寸法に逆比例する。スポットの寸法は２つの光学パラメータ、即ち当該スポットを形成する放射ビームの波長λ及び該放射ビームを収束させる対物レンズの開口数（ＮＡ）、の比により決まる。対物レンズのＮＡはＮＡ＝ｎ sin(θ)と定義され、ここでｎは当該光が収束される媒体の屈折率であり、θは該媒体における光の収束円錐の半角（half angle）である。空気中で又は空気を介して平行平面板（平らなディスクのような）中で収束させる対物レンズのＮＡに対する上限は、一般的に、１であることは明らかである。

図１ａは、光ビーム４を空気中で収束させるレンズ２の一例を示し、ここで、光の収束円錐の半角は項目８として示すようにθであり、光軸は鎖線６として示されている。レンズのＮＡは、例えば半球状ＳＩＬの中心において収束させることにより、光が高屈折率媒体内で空気／媒体界面における屈折なしで収束される場合に１を超えることができる。図１ｂは、光ビーム１４を半径Ｒ（矢印１８として示す）の斯様な半球状ＳＩＬ１６を介して収束させるレンズ１２の一例を示している。この場合、有効ＮＡはＮＡ_eff＝ｎＮＡ_０となり、ここで、ｎは該半球状レンズの屈折率であり、ＮＡ_０は収束レンズの空気中におけるＮＡである。

ＮＡを更に増加させる可能性は、アプラナティック超半球状ＳＩＬの使用によるものである。図１ｃは、光ビーム２４を半径Ｒ（矢印２８として示す）の斯様なアプラナティック超半球状ＳＩＬ２６を介して収束させるレンズ２２の示すもので、ここで、該超半球状ＳＩＬ２６はビーム３０を光軸３６に向かって屈折させ、該ビームを該超半球の中心より下に収束させる。この場合、有効ＮＡはＮＡ_eff＝ｎ^２ＮＡ_０となる。矢印３２により示すように、光軸に沿う高さＲ(１＋1/n)のアプラナティック超半球状ＳＩＬの場合、ビームを、ＳＩＬのない図１ａの場合よりも距離ｎＲ（矢印３４により示す）だけレンズ２の近くに収束させることができる。

重要なことに、１より大きな有効ＮＡ_effは、エバネセント波が存在するＳＩＬの出射面から極めて短い距離（近接場とも呼ばれる）内にのみ存在する。対物系の出射面は、当該放射が記録担体を打撃する前の当該対物系の最後の屈折面である。上記短い距離は、典型的には、当該放射の波長の十分の一より小さい。

光記録担体の入射面が、この短い距離内に配置されるなら、放射はエバネセント結合によりＳＩＬから記録担体に伝達される。これは、光記録担体の書き込み又は読み取りの間において、ＳＩＬと記録担体との間の距離、即ちギャップ幅は、例えば１．９なる対物系のＮＡ及び放射源としてブルーレーザを使用するシステムに対しては約２５ｎｍのように、数十ナノメートルより小さくなければならない。所謂空気入射光記録担体においては、情報層の一方の側は基板に接触しており、他方の側は周囲環境に露出している。このような記録担体の入射面は、情報層と周囲環境との間の界面である。他の例として、情報層は周囲環境から薄い透明層により保護され、該透明層の外側表面が当該記録担体の入射面を形成する。後者の場合、ＳＩＬの厚さは上記透明層の厚さに対して補正されねばならない。

図２は、従来技術による記録担体を走査する近接場光学走査装置を概念的に示す。該光学走査装置は、放射を発生するように構成された放射源システムを有している。この実施例では、該放射源は例えば約４０５ｎｍの所定の波長λを有する放射ビーム６２を放出するレーザ６０である。当該光学走査装置のスタートアップ手順及び記録担体走査手順の両方の間において、放射ビーム６２は該光学走査装置の光軸（図示略）に沿って通過し、コリメータレンズ６４によりコリメートされる一方、該ビームの断面強度分布がビーム整形器６６により整形される。次いで、該ビーム６２は偏光ビームスプリッタ７０が後続する非偏光ビームスプリッタ６８を通過し、焦点が第１焦点調整レンズ７２と第２焦点調整レンズ７６との間に生じるようにさせる。

記録担体上における放射ビーム６２の焦点位置の最適調整は、第１焦点調整レンズ７２を焦点調整方向７４に移動させることにより達成される。該光学走査装置の対物系は、放射ビーム６２に収束波面を導入する対物レンズ７８を有している。該対物系は、更に、固体浸レンズ（ＳＩＬ）８０を有している。この実施例では、ＳＩＬ８０は図１ｃにおけるような円錐型超半球状を有し、本例では該ＳＩＬは１．９のＮＡを有している。該ＳＩＬの平らな側は、記録担体８２に対面する出射面を形成する。

支持フレーム（図示略）が、対物レンズ７８のＳＩＬ８０に対する整列及び離隔距離が維持されるのを保証している。該支持フレームは、後に詳述するギャップサーボ系（図示略）により、記録担体から正しい距離に保たれる。前記対物レンズによる収束波面の導入の後、該放射ビームは記録担体８２上に放射ビームスポットを形成する。記録担体８２上に入射する放射は直線偏光を有している。

記録担体８２は、前記ＳＩＬ８０の出射面１２２に面する入射面１２０を有している。前記対物レンズは放射源６０と記録担体８２との間に配置され、上記出射面１２２と入射面１２０との間のギャップは或るギャップ寸法を有し、該ギャップ寸法とは出射面１２２と入射面１２０との間の当該光軸に沿う距離である。

当該光学走査装置は、複数の光学検出経路を含んでいる。第１の光学検出経路には、偏光子１１０、半波長板１１２、偏光ビームスプリッタ１０４、折り返しミラー１１４、検出放射ビームを第１検出器１０８上に収束させる第１コンデンサレンズ１０６及び検出放射ビームを第２検出器１１８上に収束させる第２コンデンサレンズ１１６が配置されている。

偏光子１１０、半波長板１１２、折り返しミラー１１４、第２コンデンサレンズ１１６及び第２検出器１１８は、実験研究目的のための光学要素である。上記第２検出器は例えばＣＣＤ型の検出器とすることができる。偏光ビームスプリッタ１０４を通過した放射は、折り返しミラー１１４により反射され、コンデンサレンズ１１６により第２検出器１１８上に収束される。これらの光学要素が使用されない場合、偏光ビームスプリッタ１０４は、検出放射ビームの一部を前記第１検出器に導くために折り返しミラーと置換することができる。

第２の異なる検出経路には、半波長板８４、偏光ビームスプリッタ８６、非偏光ビームスプリッタ９２、検出放射ビームを第３検出器８８上に収束させる第３コンデンサレンズ９０、検出放射ビームを第４検出器９４上に収束させる第４コンデンサレンズ９６、折り返しミラー９８及び検出放射ビームを第５検出器１００上に収束させる第５コンデンサレンズ１０２が配置されている。

前記第１検出経路と同様に、半波長板８４、折り返しミラー９８、第５コンデンサレンズ１０２及び第５検出器１００は、実験研究目的のための光学エレメントである。上記第５検出器は例えばＣＣＤ型の検出器とすることができる。非偏光ビームスプリッタ９２を通過した放射は、折り返しミラー９８により反射され、コンデンサレンズ１０２により第５検出器１００上に収束される。これらの光学要素が使用されない場合、非偏光ビームスプリッタ９２は、検出放射ビームの一部を前記第４検出器に導くために折り返しミラーと置換することができる。

品目１０８、８８及び９４として各々示す第１、第３及び第４検出器は、記録担体８２との相互作用の後の放射において検出される情報を表す検出器信号を発生するための放射検出器装置を構成する。

前記第１検出経路は、ＳＩＬ８０から反射されると共に、当該記録担体上に収束された順方向放射ビームに対して垂直に偏光された放射の検出のために使用される。垂直に偏光された放射は、ＲＦ⊥pol信号と呼ぶ。ギャップ信号１５２は、ＲＦ⊥pol信号の低周波数部分（例えば、直流〜３０ｋＨｚ）から導出される。前記第２検出経路は、当該記録担体に収束された順方向放射ビームに対して平行に偏光されると共に、前記情報層から読み取られた情報により変調された放射の検出のために使用される。第２検出経路における第３検出器により検出される光の部分は、ＲＦ//pol信号と呼び、該信号の機能は後に詳述する。第２検出経路における第４検出器により検出される光の部分は、プッシュプル信号と呼ばれ、当該スポットと記録担体８２の追従されるべきデータトラックの中心との間の横断方向距離を表す信号を発生するために使用される。該信号はデータトラック上での走査放射スポットの半径方向トラッキングを維持するために使用される。

上記第１検出経路に沿って通過する放射と上記第２検出経路に沿って通過する放射とは、互いに直交偏光されている。

当該方法は、ＳＩＬの出射面の近くに記録担体が存在しない場合の該ＳＩＬの出射面上での反射を介して得られるギャップ信号ＧＳの使用に基づいている。

本発明は、ＳＩＬの出射面の近くに光記録担体が存在しない状況でもギャップ信号が存在するとの見解に基づいている。エバネセント波結合に必要とされるよりも大きなギャップ幅に対しては（例えば、使用される波長の十分の一より大きな幅に対しては）、ＳＩＬの出射面に入射する臨界角より大きな入射角を持つ光線は、該出射面上で全反射に遭遇するであろう。ＳＩＬの出射面における//及び⊥偏光光線の反射率の差により、対物レンズに入射する放射ビームをＳＩＬの出射面上に収束させる場合に、ギャップ信号（Gap Signal）を得ることができる。ＳＩＬの出射面上での反射を介して得られる該ＧＳは、焦点初期化信号（Focus Initialization Signal: ＦＩＳ）とも呼ばれ得る。前記ＧＳの発生のために使用されるのと同一の光学素子及び検出手段を、該ＦＩＳを得るために使用することができる。

上記ＦＩＳは、このＦＩＳが導出される対物レンズに対する最適焦点位置に対して最大値を示すことが分かる。完全に組み立てられた対物レンズの場合、平行ビームは最適なスポット品質を生じると共に、ＦＩＳにおいても最大値を生じる。同様の態様で、対物レンズは、自身の２つの構成要素（低ＮＡレンズ及びＳＩＬ）の間に理想的でない距離を持つ対物レンズは、照射ビームが正しい量の収束度又は発散度に調整されたら、最適なスポット品質を生じるであろう。同じ条件の下で、ＦＩＳも最大値を示すであろう。

本発明の場合、図２の従来技術の装置構成に対する変更は、当該光学走査装置における焦点オフセットを補正するために前記ギャップ信号に依存して順方向放射ビームの輻輳を調整する手段を追加することである。

このような手段は、当該光学走査装置における焦点オフセットを補正するために前記出射面に向かう順方向放射ビームの輻輳を調整するための軸方向に移動するレンズとすることができ、該手段は対物系の出射面と光記録担体の入射面との間における放射のエバネセント結合に必要とされるよりも大きなギャップ幅により上記ギャップ信号を最適化することによって上記焦点オフセットを補正するように構成される。

第１面（又は空気入射型）光学記録システム用の光学装置に使用可能な対物レンズ（図３に記載したもののような）の場合、これは、ＳＩＬの底部（出射面）上の焦点位置に対応する。被覆層入射型光記録装置用の光学装置における対物レンズの場合、最適スポット品質は当該被覆層（典型的には数ミクロンの厚さ）の直下の焦点位置に対応する。

第１面光学記録システム用に設計されたＮＡ＝１．８の対物レンズの場合、上記事項は、図２に示すような構成を用いて下記の実験により確認された。ＳＩＬの厚さに対してＦＩＢ（文献［２］参照）により調整されたレンズは、干渉測定において２９ｍλrmsの焦点ずれ及び約１１ｍλrmsの球面収差を示した。図４は、上記ＦＩＳを、照射ビームの収束／発散を（従って収束光スポットの位置を）変化させる前記テレスコープ（図２参照）におけるレンズのうちの１つの位置の関数として示したものである。図４のグラフの縦軸は"ＧＳ(Ｖ)"を参照するものであるが、該グラフにはＦＩＳが示されている。これは、ＧＳ及びＦＩＳの両者を得るために、同一の電子回路を使用することができることを示している。

上記ＦＩＳの測定は、ディスクが存在しない場合に実行される。図４に見られるように、ＦＩＳの最大値は、ここでは、テレスコープ内のレンズに関して約９．２ｍｍの位置において得られる（零位置は、ここでは、任意に選択される）。このレンズ位置が、新たに挿入されるディスクに対して読み取り処理を開始するために選定された。当該装置内でのディスクの、例えば傾きに関する適切な調整の後、該ディスクが読み出された。開ループギャップ制御及びトラッキング信号は、使用可能であって良好な品質のものであることが分かった。ギャップサーボ及びトラッキングサーボが動作状態（従って、閉ループサーボ）での読み出しの間において、最適データ信号（例えば、最良の信号品質、最大のピーク・ツー・ピーク振幅又は最低のジッタに基づく）が、９．２ｍｍなる実際的に同一のテレスコープレンズ位置において（０．１ｍｍの精度内で）得られることが確認された。これは、上記ＦＩＳを用いた上記記載の方法を使用する焦点初期化の結果、使用されるレンズの焦点位置の充分な補正が得られると共に、ギャップ幅制御に対する強く且つ信頼性のあるＧＳが得られることを確証するものである。

より大きな量の焦点ずれ（約１７０ｍλrmsの焦点ずれ及び約４６ｍλrmsの球面収差）を持つことが知られていた第２対物レンズの場合、ここでもＦＩＳ方法及び最適データ信号の両方に関して、最適テレスコープレンズ位置は約１０．０ｍｍであることが分かった。該焦点オフセット補正により、当該レンズは該光学記録装置内で依然として使用可能であり、且つ、安全なギャップ信号を得ることができた。

上述した例は、実際に提案される解決策の利点を示している。焦点初期化の該提案された方法は、斯様な高ＮＡの光学記録システムにおける信頼性のある空気ギャップ及びトラッキング制御信号を得るためのスタートアップ処理における重要なステップであり得る。上記実験例においては、該焦点初期化の精度が、読み取り処理の間における焦点合わせの精細な調整なしで最適読出信号を得るのに充分であり得ることも示された。

焦点オフセットのためのＦＩＳの当該最適化は、種々の方法で実施することができる。例えば、テレスコープにおけるレンズの幾つかの位置に対するＦＩＳ（又は他の輻輳変更手段のための等価なパラメータ）を測定し、見つかった最大値を使用することも可能である。また、曲線当て嵌め方法を実行すると共に分析方法を使用して、ＦＩＳの最大値及び輻輳変更手段の関連する位置（又は等価なパラメータ）を決定することも可能である。このような曲線当て嵌め方法を使用して、例えば測定ノイズを低減し、上記最大値に対する一層正確な値を得ることも可能である。他の可能性は、最適位置の周辺でレンズ位置（又は他の輻輳変更手段に対する等価なパラメータ）にウォブルを付与し、最適化のために結果的信号を使用することである。

より良好なＧＳ（又はＦＩＳ）の最大値が決定されるほど、当該システムにおける焦点オフセットの補正は一層良好となる。ＧＳ（又はＦＩＳ）の最大値は±５％の範囲内で決定するのが好ましい。ＧＳ（又はＦＩＳ）の最大値を±１％の範囲内で決定するのが更に好ましい。というのは、これは、焦点ずれが、Zijp他により記載されたギャップサーボ系（文献[２]）が活性状態になり得るレベルより低い状況になり得るからである。

必要なら、例えば中央開口振幅（ピーク・ツー・ピーク）を最大化し、ジッタ、ビット若しくはブロックエラー率を最小化し又は何らかの他の品質尺度により、当該記録担体の（初期）読み出しの間において最適な読出又は記録性能のために焦点位置の更なる最適化を実行することもできる。

上記焦点初期化手順は、焦点オフセット効果を補正するために当該光学記録システムの各スタートアップにおいて用いることができる。これは、初期ギャップ幅がエバネセント波結合に必要とされるよりも大きい限り（例えば、使用される波長の十分の一より大きいギャップ幅に対して）、光記録担体と共に実行することができる。これは、光記録担体がないシステムの状況及び光記録担体の装填中を含む。

このように、当該焦点初期化を実行するためにＳＩＬ出射面と担体との間のギャップを増加させる必要があり得る（例えば、ギャップ幅アクチュエータ、光記録担体基準テーブル（ディスクモータ等の）、当該光記録担体を装填する間に光学走査装置（又はＯＰＵ）を含むフレームを傾動させる（カートリッジ装填光学記録装置に使用されるような）、又は同様の有効な手段を用いて）。

ギャップ信号（又はＦＩＳ）を用いて上述したような光学走査装置における焦点オフセットを補正する方法は、少なくとも下記のステップを含む。
− 光記録担体の入射面と対物系の出射面との間のギャップ幅を、該ギャップ幅が順方向放射の波長の十分の一より小さい場合に、該波長の少なくとも十分の一まで増加させる、
− 順方向放射ビームが、上記対物系の出射面上に収束される、
− 上記対物系の出射面に向かう放射ビームの輻輳が、上記ギャップ信号に依存して調整される。

例えば対物レンズアセンブリにおける又は使用される光学走査装置内の他の光学要素の機械的変化（位置ずれ等）により、焦点位置は最適位置から逸脱し得る。このような機械的変化は、記録担体の記録又は読み出しの間のみならず、当該光学記録装置の技術的寿命の間における温度変化、湿度変化等により生じ得る。提案された方法及び手順は、焦点の位置に対する影響を補正するために使用することができる。

当該焦点初期化手順は、光学記録装置又はデバイス内にディスクがない場合、又はディスクがエバネセント波結合の範囲外の距離にある場合に（使用される波長の十分の一より大きなギャップ幅に対して）、使用することができる。必要なら、例えば中央開口信号又は変調振幅を用いた他の収束方法を、読出又は記録品質を改善するために使用することができる。

上述した実験及び例では、ＦＩＳはテレスコープにおけるレンズの位置シフトを利用して発生されたが（図２も参照）、対物レンズに向かう放射ビームの輻輳を変更するために他の光学エレメントも使用することができる。このようなエレメントは、例えば、液晶光学エレメントに基づくレンズ又は可変焦点距離を持つ他の光学エレメント（例えば２つの流体間の可変メニスカス曲率に基づく電気的に調整可能なレンズ（エレクトロウェッティングレンズ））とすることができる。輻輳の変化は、放射ビームの屈折又は回折に基づくものとすることができる。放射源とコリメータレンズとの間にアナモルフィック（anamorphic）レンズ型のビーム整形器を使用する場合、このコリメータレンズは、放射ビームの所要の輻輳の変化を得るために軸方向にずらすことができる。所要のアクチュエータに関して複雑になるかも知れないが、対物レンズにおける相互レンズ／ＳＩＬ距離を調整することも依然として可能である。

球面収差により発生する当該システムの焦点ずれを補償するために、上記初期焦点合わせ方法に球面収差補償を含めることも可能である。

被覆層（F. Zijp他の文献［２］及びMartinov他の文献［３］参照）及び／又は複数の情報若しくは記録層を備える光記録担体を用いる光学記録システムにおいても、同様の焦点初期化方法を適用することができる。しかしながら、最適焦点位置は対物レンズにおけるＳＩＬの底部（出射面）ではない。被覆層の厚みに対する焦点オフセットの補正は、好ましくは、前記ギャップ信号をギャップ制御信号として使用する前に必要とされる。被覆層により生じる球面収差も、斯かる補正において考慮に入れることができる。

代替例として、当該ＦＩＳがギャップ信号の焦点オフセットを補償するために使用される前に、透明なダミー基板（好ましくは、補正されるべき被覆層の厚さに対応する）が対物レンズの前に（好ましくは、ＳＩＬに接触して）配置される。この場合、放射ビームは上記ダミー基板の背面上に収束させることができる。所要の焦点オフセットは、対物レンズと、該対物レンズに向かう放射ビームの輻輳を変化させる補正光学エレメントとの光学特性を使用して計算することができる。

被覆層を備える光記録担体を使用するシステムの場合のエバネセント波結合は実際の近接場内にはないが、ＳＩＬの出射面から及び該ＳＩＬと当該光記録担体における情報層（又は複数の層）との間に位置する上記被覆層の波のエバネセント結合が存在する。

コーティングは被覆層としては参照されないが、例えば腐食保護又は摩耗保護層として使用される薄い単一の又は複数の層状コーティングの厚みを補正することも可能である。

焦点オフセット補正に関して上述したものと同様の方法を、多層光記録担体に対して、上記被覆層入射型光記録担体に対してと同様に使用することができる。この場合、生ずべき焦点オフセットは、読出又は記録光学記録システムに使用される情報層の位置の深さにも依存する。情報層の間のスペーサ層の距離が、エバネセント波結合のための所要のギャップ幅より大きい場合、光記録担体の入射面と該入射面に最も近い情報層との間の材料の厚さに対して焦点オフセットを追加的に補正することが好ましいかも知れない。この補正は、対物レンズ及び放射ビームの輻輳を変化させる手段の光学的設計に基づいて固定の値とすることができる。従って、当該方法における追加のステップは、当該光記録担体の入射面と該入射面に最も近い情報層との間の材料の厚さに対する当該放射ビームの輻輳の補正である。

光記録担体における層の数は、この情報が当該光記録担体自体から読み出されるまでは通常は分からないので、対物レンズの当該光記録担体との接触を防止するために、第１情報層（入射面に最も近い）の深さに関する斯様な補正が必要となる。

何れか一つの実施例に関して説明した如何なるフィーチャも、単独で若しくは他の記載されたフィーチャとの組み合わせで使用することができると共に、上記実施例の他の何れか又は上記実施例の他の何れかの如何なる組み合わせの１以上のフィーチャとの組み合わせでも使用することができると理解されるべきである。更に、上述しなかった均等物及び変更例も、添付請求項に記載された本発明の範囲を逸脱することなく使用することができる。

参考文献

[1] T. Ishimoto他の"Gap Servo System for a Biaxial Device Using an Optical Gap Signal in a Near Field Readout System", Technical Digest ISOM/ODS 2002年、第287頁。
[2] F. Zijp 他の"Near field read-out of a 50GB first-surface disk with NA=1.9 and a proposal for a cover-layer incident, dual-layer near field system", Proceedings of the Optical Data Storage Conference 2004年、モンテレイ(米国)。
[3] Y.V. Martinov他の"High-density first-surface magneto-optical recording using a blue laser, high numerical aperture objective and flying slider", ODS 2001年, Proceedings of SPIE 第4342巻,第209-212頁(2002年)。

図１ａは、従来技術による空気中で光ビームを収束させるレンズを示す。 図１ｂは、従来技術による半球状固体浸レンズにおいて光ビームを収束させるレンズを示す。 図１ｃは、従来技術によるアプラナティック超半球状固体浸レンズにおいて光ビームを収束させるレンズを示す。 図２は、従来技術による近接場光学走査装置を概念的に示す。 図３は、従来技術に使用されるレンズの幾つかの光機械パラメータを示す。 図４は、本発明による焦点初期化信号の一例を概念的に示す。

Claims (12)

1. 入射面と少なくとも１つの情報層とを有するような光記録担体を走査位置において走査する光学走査装置であって、該装置が、
   − 順方向放射ビームを発生する放射源と、
   − 前記放射ビームを前記少なくとも１つの情報層に収束させる対物系であって、前記順方向放射ビームの経路の前記放射源と前記走査位置との間に配置された出射面を有すると共に、前記記録担体が前記走査位置に位置される場合に前記出射面と前記入射面との間のギャップにわたって前記光記録担体との前記放射ビームのエバネセント結合を形成するような対物系と、
   − 前記対物系から到来する反射された放射ビームを検出すると共に、前記ギャップの幅を表すギャップ信号を供給する放射検出器と、
   を有するような光学走査装置において、
   当該装置における焦点オフセットを補正するために前記順方向放射ビームの輻輳を前記ギャップ信号に依存して調整する手段を有することを特徴とする光学走査装置。
2. 請求項１に記載の光学走査装置において、前記手段が前記対物系内に位置されることを特徴とする光学走査装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学走査装置において、前記手段が軸方向に移動可能な光学エレメントを有することを特徴とする光学走査装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の光学走査装置において、前記手段が電気的に調整可能な可変焦点距離を持つ光学エレメントを有することを特徴とする光学走査装置。
5. 厚さを持つ被覆層を備えた光記録担体を走査するための請求項１ないし４の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記焦点オフセットの補正が、更に、前記被覆層の材料の厚さに対して補正されることを特徴とする光学走査装置。
6. 複数の情報層を備える光記録担体を走査するための請求項１ないし４の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記焦点オフセットの補正が、更に、前記記録担体の前記入射面と該入射面に最も近い情報層との間の材料の厚さに対して補正されることを特徴とする光学走査装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の光学走査装置を有する光学記録装置。
8. 光学走査装置における焦点オフセットを補正する方法において、少なくとも、
   − 光記録担体の入射面と対物系の出射面との間のギャップ幅が順方向放射ビームの波長の十分の一より小さい場合に、前記ギャップ幅を前記順方向放射ビームの波長の少なくとも十分の一まで増加させるステップと、
   − 前記順方向放射ビームを前記対物系の出射面に収束させるステップと、
   − 前記対物系の出射面に向かう前記放射ビームの輻輳をギャップ信号に依存して調整するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の光学走査装置における焦点オフセットを補正する方法において、前記対物系の出射面に向かう前記放射ビームの輻輳を前記光記録担体の前記入射面と該入射面に最も近い情報層との間の材料の厚さに対して補正するステップを更に含むことを特徴とする方法。
10. 請求項８又は請求項９に記載の光学走査装置における焦点オフセットを補正する方法において、前記放射ビームの輻輳が、前記ギャップ信号が最大値に到達するように調整されることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記ギャップ信号の前記最大値が前記放射ビームの輻輳に対するウォブルを用いて決定されることを特徴とする方法。
12. 請求項８又は請求項９に記載の方法において、前記光学走査装置に存在する球面収差を補償するステップを更に有することを特徴とする方法。

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