JP2012009095A - Ｓｉｌアッセイの設計方法、ｓｉｌアッセイ、情報記録再生装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＩＬアッセイを備える装置の動作時に、ギャップに起因する球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪みが発生することを抑制する。
【解決手段】ＳＩＬアッセイの設計方法は、情報記録媒体（２）に対向して配置されるＳＩＬ（１１）と、該ＳＩＬを挟んで情報記録媒体に対向して配置される対物レンズ（１２）とを有するＳＩＬアッセイ（１）の設計方法である。該設計方法は、ＳＩＬ及び情報記録媒体間の距離がゼロである場合における、ＳＩＬ及び対物レンズ各々に係る光学パラメータを仮決定する仮決定工程と、前記距離を変更した際に生じる波面収差に基づいて、仮決定された光学パラメータ各々を修正して本決定する本決定工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）アッセイの設計方法、該設計方法により設計されたＳＩＬアッセイ、該ＳＩＬアッセイを備える情報記録再生装置、及びコンピュータプログラムの技術分野に関する。

この種の設計方法により設計されたＳＩＬアッセイを備える装置として、例えば特許文献１には、記録媒体の近傍に配置される先玉レンズと、該先玉レンズを挟んで、該記録媒体に対向する位置に配置される対物レンズと、該先玉レンズ及び対物レンズを光ビームの光軸方向に移動する第１アクチュエータと、先玉レンズ及び対物レンズの一方を他方に対して相対的に光軸方向に移動する第２アクチュエータとを備える装置が記載されている。ここでは特に、エアギャップ（即ち、先玉レンズ及び記録媒体間の距離）より球面収差が生じないように、対物レンズの非球面度が決定されていることが記載されている。

特開平９−２５１６４５号公報

ところで、ギャップが数十ｎｍ（ナノメートル）である近接場光を利用した装置では、ＳＩＬアッセイの光学設計は、ギャップを０ｎｍとして行われることが多い。すると、実際の動作時には、ギャップが存在することにより球面収差が発生し、また、ＮＡ（開口率）＞１の領域ではエバネッセントカップリングに起因する波面の歪みが生じるという技術的問題点がある。上述の背景技術では、エバネッセントカップリングに起因する波面の歪みの発生を抑制することが極めて困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、ギャップに起因する球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪みの発生を抑制することができるＳＩＬアッセイの設計方法、ＳＩＬアッセイ、情報記録再生装置及びコンピュータプログラムを提案することを課題とする。

本発明のＳＩＬアッセイの設計方法は、上記課題を解決するために、情報記録媒体に対向して配置されるＳＩＬと、前記ＳＩＬを挟んで前記情報記録媒体に対向して配置される対物レンズとを有するＳＩＬアッセイの設計方法であって、前記ＳＩＬ及び前記情報記録媒体間の距離がゼロである場合における、前記ＳＩＬ及び前記対物レンズ各々に係る光学パラメータを仮決定する仮決定工程と、前記距離を変更した際の波面に基づいて、前記仮決定された光学パラメータ各々を修正して本決定する本決定工程とを備える。

本発明のＳＩＬアッセイの設計方法によれば、当該設計方法は、情報記録媒体に対向して配置されるＳＩＬと、該ＳＩＬを挟んで情報記録媒体に対向して配置される対物レンズとを有するＳＩＬアッセイの設計方法である。

仮決定工程において、ＳＩＬ及び情報記録媒体間の距離がゼロである場合における、ＳＩＬ及び対物レンズ各々に係る光学パラメータ（例えば屈折率、レンズの曲率、レンズの厚さ等）が仮決定される。尚、「ＳＩＬ及び情報記録媒体間の距離」とは、ＳＩＬの底面（即ち、ＳＩＬの情報記録媒体に対向する面）と、情報記録媒体のＳＩＬに対向する面との間の距離（即ち、ギャップ）を意味する。

本決定工程において、前記距離が変更された際の波面に基づいて、仮決定された光学パラメータ各々が修正され本決定される。「距離を変更」とは、エバネッセント光が発生する範囲内（即ち、所謂近接場内）において、ＳＩＬ及び情報記録媒体間の距離を変更することを意味する。「波面」とは、情報記録媒体の記録面上における光スポットの波面を意味する。

本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、ＳＩＬアッセイの光学設計を行う際、ＳＩＬと情報記録媒体とがコンタクトしている（即ち、ギャップがゼロ）として、光学設計が行われることが多い。これは、エバネッセントカップリングが介在しないものとして扱うことで、例えばＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ等の、エバネッセント光を用いない従来のシステムと同様に、光線追跡による光学設計が可能となるためである。

他方で、実際のシステム動作時には、例えば２５ｎｍ（ナノメートル）等の所定のギャップが存在するため、仮にギャップがゼロである場合において光学設計を最適化したとしても、球面収差、及びＮＡ＞１の領域におけるエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、が生じてしまう。

尚、ギャップをゼロとせずに、所定のギャップが存在するとしてＳＩＬアッセイの光学設計を行う方法も考えられるが、例えば、演算要素としてエバネッセント光を含めなければならず、演算方法が複雑化する（更には、演算時間が長期化する）可能性がある。

しかるに本発明では、上述の如く、仮決定工程において、ギャップがゼロである場合における、ＳＩＬ及び対物レンズ各々に係る光学パラメータが仮決定され、本決定工程において、ギャップが変更された際の波面に基づいて、仮決定された光学パラメータ各々が修正され本決定される。

つまり、本発明では、ギャップがゼロである場合において、例えば最適化等された光学パラメータを夫々有するＳＩＬ及び対物レンズを備えるＳＩＬアッセイのギャップが、例えば２５ｎｍ等に変更された際の波面が求められ、該求められた波面における波面収差がキャンセルされるように、ギャップがゼロである場合におけるＳＩＬ及び対物レンズ各々に係る光学パラメータが修正（或いは、再設定）される。

このため、従来のシステムと同様に、ＳＩＬアッセイを光線追跡により光学設計することができる。加えて、ギャップが変更された際に生じる波面に基づいて、仮決定された光学パラメータ各々が修正されるので、実際のシステム動作時に、球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、の発生を抑制することができる。

本発明のＳＩＬアッセイの設計方法の一態様では、前記仮決定工程において、前記ＳＩＬ及び前記対物レンズ各々に係る光学パラメータは、前記距離がゼロである場合における波面収差がキャンセルされるように仮決定される。

この態様によれば、比較的容易にして、ＳＩＬ及び対物レンズ各々に係る光学パラメータを仮決定することができ、実用上非常に有利である。尚、「波面収差がキャンセルされるように」とは、波面収差が完全にキャンセル（即ち、波面収差がゼロ）される場合に限らず、波面収差が、実践上（例えば許容範囲内又は誤差範囲内）、キャンセルされる場合を含んでよい。

本発明のＳＩＬアッセイの設計方法の他の態様では、前記本決定工程は、前記距離を所定距離に変更した際に、前記仮決定された光学パラメータに起因する波面を算出する算出工程と、前記距離がゼロである場合における波面が、前記算出された波面の逆極性となるように前記仮決定された光学パラメータ各々を修正する修正工程とを備える。

この態様によれば、算出工程において、前記距離を所定距離に変更した際に、仮決定された光学パラメータ（及びギャップ）に起因する波面が算出される。ここで、「所定距離」とは、ＳＩＬアッセイを備える装置の実際の動作時におけるギャップを意味する。

次に、修正工程において、前記距離がゼロである場合における波面が、算出された波面の逆極性となるように仮決定された光学パラメータ各々が修正される。つまり、ギャップがゼロである場合に、意図的に波面収差が生じるように、仮決定された光学パラメータが夫々修正されることによって、ギャップが所定距離となった場合の波面収差がキャンセルされる。

従って、実際のシステム動作時に、球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、の発生を抑制することができる。

本発明のＳＩＬアッセイは、上記課題を解決するために、本発明のＳＩＬアッセイの設計方法（但し、その各種態様含む）により設計されている。

本発明のＳＩＬアッセイによれば、上述した本発明のＳＩＬアッセイの設計方法により設計されているので、実際のシステム動作時に、球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、の発生を抑制することができる。

本発明の情報記録再生装置は、上記課題を解決するために、本発明のＳＩＬアッセイを備える。

本発明の情報記録再生装置によれば、上述した本発明のＳＩＬアッセイを備えるので、実際の動作時に、球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、の発生を抑制することができる。

本発明のコンピュータプログラムは、上記課題を解決するために、情報記録媒体に対向して配置されるＳＩＬと、前記ＳＩＬを挟んで前記情報記録媒体に対向して配置される対物レンズとを有するＳＩＬアッセイを設計するようにコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記ＳＩＬ及び前記情報記録媒体間の距離がゼロである場合における、前記ＳＩＬ及び前記対物レンズ各々に係る光学パラメータを仮決定する仮決定工程と、前記距離を変更した際の波面に基づいて、前記仮決定された光学パラメータ各々を修正して本決定する本決定工程とを前記コンピュータに実行させる。

本発明のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを格納するＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ＤＶＤ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体から、当該コンピュータプログラムを、コンピュータに読み込んで実行させれば、或いは、当該コンピュータプログラムを、通信手段を介してダウンロードさせた後に実行させれば、上述した本発明のＳＩＬアッセイの設計方法を比較的容易にして実現できる。これにより、上述した本発明のＳＩＬアッセイの設計方法の場合と同様に、実際のシステム動作時に、球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、の発生を抑制することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

光ディスク、ＳＩＬ及び対物レンズの配置を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るＳＩＬアッセイの設計方法を示すフローチャートである。 波面断面図の一例である。 波面断面図他の例である。 本発明の実施形態に係るＳＩＬアッセイの設計方法により設計された光学パラメータの一例である。 本発明の実施形態に係る情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明のＳＩＬアッセイの設計方法、ＳＩＬアッセイ及び情報記録再生装置に係る各実施形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下の図では、図面上において各部材を認識可能とするために、該各部材の縮尺を適宜異ならしめている。

（ＳＩＬアッセイの設計方法）
本発明に係るＳＩＬアッセイの設計方法の実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。尚、本実施形態では、ＳＩＬアッセイを備える装置の、実際の動作時におけるギャップは２５ｎｍであるとする。

先ず、本実施形態に係るＳＩＬアッセイの設計方法におけるＳＩＬアッセイ等の配置について、図１を参照して説明する。図１は、光ディスク、ＳＩＬ及び対物レンズの配置を示す概念図である。

図１に示すように、ＳＩＬアッセイ１は、光ディスク２に対向して配置されたＳＩＬ１１と、該ＳＩＬ１１を挟んで光ディスク２に対向して配置された対物レンズ１２とを備えて構成されている。本発明に係る「情報記録媒体」の一例としての、光ディスク２は、ディスク基板２１と、反射層２２と、カバー層２３とを備えて構成されている。尚、反射層２２の上面が、記録面となっている。ここでは図示しないが、反射層２２とカバー層２３との間には、ディスクの種類（例えば、再生専用、追記型、或いは書き換え型等）に応じて、実際には記録膜や誘電体膜等が配置される。

次に、ＳＩＬアッセイ１の設計方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。

図２において、先ず、図１（ａ）に示すように、ギャップ（即ち、ＳＩＬ１１の底面と、カバー層２３の上面との間の距離）をゼロとして、波面収差がほぼゼロとなるように、各光学パラメータが仮設計される（ステップＳ１０１）。具体的には例えば、図３における実線のような波面が得られるように、各光学パラメータが仮設計される。

尚、波面の計算には、例えばマトリックス法（即ち、マクスウェル方程式に基づいた行列方式のアプローチ）を用いればよい。本実施形態では、設計波長を４０８ｎｍ、ＳＩＬアッセイ１のＮＡを１．７、ＳＩＬ１１の屈折率を２．０６８、カバー層２３の屈折率を１．８９１、カバー層２３の厚みを１μｍ（マイクロメートル）、反射層２２の複素屈折率を０．３８＋２．５４ｉ、反射層２２の厚みを４０ｎｍ、ディスク基板２１の屈折率を１．６３として計算を行っている。また、ギャップがゼロでない場合は、空気の屈折率は１として計算を行っている。

図３は、波面断面図の一例である。ここで、波面は回転対称となるため、図３では、波面をＮＡが０から１．７までの断面図として表示している。尚、図３の縦軸は、光路差（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｈ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）である。

次に、図１（ｂ）に示すように、ギャップを２５ｎｍとして波面が演算される（ステップＳ１０２）。この演算の結果、図３における点線のような波面が得られる。ここでは特に、ＮＡ＞１の領域において、エバネッセントカップリングに起因して波面の歪みが生じていることがわかる。

次に、図１（ａ）に示すように、再びギャップをゼロとして、ギャップがゼロである場合の波面が、演算された波面（即ち、図３における点線）と逆極性となるように、各光学パラメータが最適化される（ステップＳ１０３）。具体的には例えば、図４における実線のような波面が得られるように、各光学パラメータが最適化される。図４は、図３と同趣旨の、波面断面図の他の例である。尚、各光学パラメータの最適化は、例えばツェルニケ解析を行い、その解析結果に基づいて光線追跡により行えばよい。

ここで、最適化された各光学パラメータの一例を図５に示す。図５は、本実施形態に係るＳＩＬアッセイの設計方法により設計されたレンズデータの一例である。図５において屈折率（即ち、“ｎ”）は、波長４０８ｎｍの光に対する屈折率である。

上述の如く最適化された光学パラメータを有するＳＩＬ１１及び対物レンズ１２を備えるＳＩＬアッセイ１の、ギャップが２５ｎｍである場合の波面は、図４における点線のようになる。図３における点線と、図４における点線とを比較すればわかるように、波面収差は著しく小さくなっている。具体的には、図３における点線に係るＲＭＳ（２乗平均平方根）波面収差が１０．４ｍλであるのに対して、図４における点線に係るＲＭＳ波面収差は２．５ｍλである。

以上の結果、本実施形態に係る設計方法によれば、実際のシステム動作時に、球面収差、及びエバネッセントカップリングに起因する波面の歪み、の発生を抑制することができる。

尚、本実施形態では、ツェルニケ解析を３６項までにとどめているため、ＮＡが１近傍において波面の歪みが残っている（図４における点線参照）。しかしながら、より高次の項まで適用することにより、波面収差をより小さくすることが可能である。

尚、本実施形態では、光ディスク２は、反射層２２の上層にカバー層２３を備えているが、本実施形態に係る設計方法は、カバー層のない光ディスクに対しても適用可能である。

（情報記録再生装置）
上述した設計方法により設計されたＳＩＬアッセイ１を備える情報記録再生装置の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。尚、図６における点線Ｌは光路を示している。

図６において、情報記録再生装置１００は、光ディスク２に情報を記録する、又は該光ディスク２に記録されている情報を読み取るための光ピックアップと、光ディスク２を回転駆動可能なスピンドルモータ１３０と、光ピックアップ及びスピンドルモータ１３０を夫々制御するサーボシステム１４０と、光ピックアップにより情報を記録する、又は該光ピックアップにより読み取られた情報を再生する信号記録再生手段１５０とを備えて構成されている。

光ピックアップは、半導体レーザ１０１、コリメータレンズ１０２、回折格子１０３、無偏光ビームスプリッタ１０４、偏光ビームスプリッタ１０５、ビーム拡大器１０６、４分の１波長板１０７、ミラー１０８、ＳＩＬ１１及び対物レンズ１２を有するＳＩＬアッセイ１、レンズ１１１及び１１３、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用受光素子１１２、ＧＥ（Ｇａｐ Ｅｒｒｏｒ）用受光素子１１４、フロントモニタ（ＦＭ）１１５並びにレンズアクチュエータ１２０を備えて構成されている。

半導体レーザ１０１から出射された光Ｌは、コリメータレンズ１０２を介して回折格子１０３に入射する。該回折格子１０３によって複数の回折光に分離された光Ｌは、無偏光ビームスプリッタ１０４、偏光ビームスプリッタ１０５、ビーム拡大器１０６、４分の１波長１０７及びミラー１０８を介して、ＳＩＬアッセイ１に入射する。尚、半導体レーザ１０１から出射される光Ｌの波長は、例えば４０８ｎｍである。

尚、無偏光ビームスプリッタ１０４に入射した光Ｌの一部は、フロントモニタ１１５によって受光される。該フロントモニタ１１５には、例えば、図示しないパワー比較回路等が電気的に接続されている。該パワー比較回路では、フロントモニタ１１５から送信された光Ｌの強度を示す信号と基準信号とが比較される。パワー比較回路は、該比較の結果を示す信号を、図示しないレーザドライバに送信する。該レーザドライバは、送信された信号に基づいて半導体レーザ１０１の出力を制御する。

ＳＩＬ１１に入射した光Ｌの一部は、エバネッセント光として光ディスク２に出射され、他の一部はＳＩＬ１１の底部で反射される。光ディスク２からの反射光は、再びＳＩＬ１１に入射し、対物レンズ１２、ミラー１０８、４分の１波長板１０７及びビーム拡大器１０６を介して、偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。ここで、半導体レーザ１０１から出射される光Ｌの偏光方向と、光ディスク２からの反射光の偏光方向とは互いに９０度異なっているため、光ディスク２からの反射光は、レンズ１１１を介してＲＦ用受光素子１１２に入射する。尚、ＲＦ用受光素子１１２は、トラッキングサーボの方式に応じて適宜分割される。

尚、ＲＦ用受光素子１１２には、例えば、図示しないＲＦ信号生成回路が電気的に接続されており、ＲＦ用受光素子１１２に入射した反射光に起因するＲＦ信号が生成される。該生成されたＲＦ信号は、例えば復調回路、エラー訂正回路、デコード回路等を含んで構成される信号記録再生手段１５０に送信される。或いは、サーボシステム１４０に送信される。該サーボシステム１４０は、送信されたＲＦ信号に基づいてトラッキングエラー信号を生成する。サーボシステム１４０は、更に、該生成されたトラッキングエラー信号に基づいて、光ディスク２上のスポットの位置が所定の位置となるように、レンズアクチュエータ１２０を制御する（即ち、トラッキングサーボを行う）。

他方、ＳＩＬ１１の底部で反射した光は、対物レンズ１２、ミラー１０８、４分の１波長板１０７、ビーム拡大器１０６及び偏光ビームスプリッタ１０５を介して、無偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。ＳＩＬ１１の底部で反射した光の一部は、レンズ１１３を介して、ＧＥ用受光素子１１４に入射する。

ＧＥ用受光素子１１４には、サーボシステム１４０が電気的に接続されている。該サーボシステム１４０は、ＧＥ用受光素子１１４に入射した光に起因する信号に基づいてギャップエラー信号を生成する。サーボシステム１４０は、更に、該生成されたギャップエラー信号に基づいて、ＳＩＬ１１の底部及び光ディスク２の表面間の距離（即ち、ギャップ）が所定距離（例えば、２５ｎｍ）となるように、レンズアクチュエータ１２０を制御する（即ち、ギャップサーボを行う）。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うＳＩＬアッセイの設計方法、ＳＩＬアッセイ、情報記録再生装置及びコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ＳＩＬアッセイ、２…光ディスク、１１…ＳＩＬ、１２…対物レンズ、２１…ディスク基板、２２…反射層、２３…カバー層、１００…情報記録再生装置

Claims (6)

1. 情報記録媒体に対向して配置されるＳＩＬと、前記ＳＩＬを挟んで前記情報記録媒体に対向して配置される対物レンズとを有するＳＩＬアッセイの設計方法であって、
   前記ＳＩＬ及び前記情報記録媒体間の距離がゼロである場合における、前記ＳＩＬ及び前記対物レンズ各々に係る光学パラメータを仮決定する仮決定工程と、
   前記距離を変更した際の波面に基づいて、前記仮決定された光学パラメータ各々を修正して本決定する本決定工程と
   を備えることを特徴とするＳＩＬアッセイの設計方法。
2. 前記仮決定工程において、前記ＳＩＬ及び前記対物レンズ各々に係る光学パラメータは、前記距離がゼロである場合における波面収差がキャンセルされるように仮決定されることを特徴とする請求項１に記載のＳＩＬアッセイの設計方法。
3. 前記本決定工程は、
   前記距離を所定距離に変更した際に、前記仮決定された光学パラメータに起因する波面を算出する算出工程と、
   前記距離がゼロである場合における波面が、前記算出された波面の逆極性となるように前記仮決定された光学パラメータ各々を修正する修正工程と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＩＬアッセイの設計方法。
4. 請求項１に記載のＳＩＬアッセイの設計方法により設計されたことを特徴とするＳＩＬアッセイ。
5. 請求項４に記載のＳＩＬアッセイを備えることを特徴とする情報記録再生装置。
6. 情報記録媒体に対向して配置されるＳＩＬと、前記ＳＩＬを挟んで前記情報記録媒体に対向して配置される対物レンズとを有するＳＩＬアッセイを設計するようにコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記ＳＩＬ及び前記情報記録媒体間の距離がゼロである場合における、前記ＳＩＬ及び前記対物レンズ各々に係る光学パラメータを仮決定する仮決定工程と、
   前記距離を変更した際の波面に基づいて、前記仮決定された光学パラメータ各々を修正して本決定する本決定工程と
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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