JP3128247B2 - フォーカシング装置およびこれを用いた光ディスク装置 - Google Patents

フォーカシング装置およびこれを用いた光ディスク装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、ディジタル・ヴァーサタル・ディスク（Di
gital Versatile Disc、以後、DVDと略記する）に対し
て信号の記録・再生を行うときに威力を発揮するフォー
カシング装置およびこれを用いたDVD用の光ディスク装
置に関する。
［背景技術］ 近年、ディジタル信号処理技術、光ディスク製作技
術、光ディスクへの記録技術が飛躍的に進歩した。この
ような技術の進歩に伴って、最近では、従来のコンパク
トディスク（以後、CDと略記する）と同等のサイズであ
るにも拘わらず、記録容量を数倍に大きくした光ディス
クが出現している。
この等しいタイプの光ディスクは、音声、画像、プロ
グラム、コンピュータ用データ等の情報をディジタル信
号を用いて記録・再生するもので、一般に、DVDと呼称
されている。このDVDについては、すでに世界的な規模
で規格（以後、DVD規格と略記する）が制定されてお
り、マルチメディア時代にふさわしい汎用性に富んだ記
録媒体として大いに期待されている。
DVD規格によると、DVDの直径はCDと同じ120（mm）で
ある。厚みはCDと同じ1.2（mm）である。ただし、DVDに
おいては記録容量を増大させるために、0.6（mm）のデ
ィスクを２枚貼り合わせることによって、両面を使って
記録・再生が行える構成を採用している。一方、記録・
読出しに使われるレーザビームの中心波長は650/635（n
m）、記録・読出しに使われる対物レンズの開口数（N
A）は0.6、トラックピッチは0.74（μｍ）、最短ピット
長0.4（μｍ）、最長ピット長2.13（μｍ）である。こ
のような仕様によって、片面４ギガバイト以上の記録容
量を表現している。
ところで、上記仕様から判るように、DVDは、従来のC
Dに比べて、記録層の深さ、つまり基板の表面から反射
記録層までの深さが約1/2で、最短ピット長およびトラ
ックピッチも約1/2である。また、記録・読出しに使わ
れるレーザビームの中心波長も、CDの場合の780（nm）
に比べて大幅に短い。このため、従来のCDプレヤーと同
様な手法でフォーカスエラー信号を取得しようとしても
困難な場合が多い。
すなわち、この種の光ディスクでは前述した反射記録
層にピットの形で信号が記録される。この信号を光ディ
スクから読出す場合、通常は、回転している光ディスク
に対して対物レンズを介してレーザビームを照射し、こ
の照射光が光ディスク内に形成されている反射記録層で
反射した反射光を検出することによって記録信号を取得
する。同時に、上記反射光の一部を用いてフォーカスエ
ラーを検出し、このエラー信号を用いて対物レンズの焦
点位置に反射記録層が位置するように対物レンズのフォ
ーカシング制御が行われる。このフォーカシング制御の
優劣は、対物レンズから反射記録層までの光学条件およ
び使用するレーザビームの特性等によって左右される。
今まで知られているDVDプレーヤでは、CDプレーヤと
同様な手法でフォーカシング制御が行われている。しか
し、このような手法では、上述した光学条件によっては
精度の高い制御が行えず、これが原因して再生信号のS/
Nの低下やジッタの劣化を招くなどの問題があった。
［発明の開示］ そこで本発明は、光ディスクの光学条件に左右される
ことなく、精度の高いフォーカシング制御が行えるフォ
ーカシング装置およびこれを用いて精度の高い記録・再
生が行えるDVD用の光ディスク装置を提供することを目
的としている。
この発明の１つの実施例に基づく光ディスク装置で
は、記録媒体として、それぞれの厚みがｈで、少なくと
も一方の裏面に信号マークもしくは信号マークとなり得
る反射層を備えた２枚の基板を貼り合わせて構成された
光ディスクが用いられる。そして、上記光ディスクに対
して、対物レンズを介してレーザビームを照射し、前記
反射層からの反射光を検出する光検出装置が設けられ
る。この光検出装置の出力は一方においては信号読取り
装置に供給され、他方においては対物レンズのフォーカ
スエラーを検出して光ディスクに対する対物レンズの位
置を制御するフォーカシング装置に供給される。
ここで、この光ディスク装置では、前記レーザビーム
の中心波長をλ０、その半値幅をΔλ、前記対物レンズ
の開口数をNA、前記光ディスクを構成している基板材質
の屈折率をn2としたとき、前記レーザビームの半値幅Δ
λが、次の（１）式を満たしていることを特徴としてい
る。換言すると、（１）式を満たすレーザビームを出力
するレーザ光源を用いている。
Δλ≧λ0 2/｛2h（n2 2−NA2）0.5｝ …（１） なお、Δλには自ずと上限がある。すなわち、Δλに
基づく対物レンズの色収差を考慮して、許容できる最大
のレーザスポット光径d maxを与える条件によって制限
される。具体的には、対物レンズの焦点距離をｆ、前記
λ０、NA、dmaxに基づいて決定される最大半値幅Δλを
求めるための一般関数式をｇとしたとき、半値幅Δλ
は、 Δλ≦ｇ（λ0,NA,f,dmax） が上限となる。
この光ディスク装置によると、レーザ光源から出たレ
ーザビームは、対物レンズを通った後に光ディスクに照
射される。この照射光のうちの一部は、光ディスクの表
面で反射される。この光ディスクの表面で反射された反
射光をU1とする。一方、残りの光は、光ディスクの表層
部を形成している透明材層（基板）に入射した後に信号
マークを形成している反射層で反射され、再び透明材層
を通って光ディスクの表面から出射する。この出射光を
U2とする。
ここで、入射光束の最大角度をθ１（ただし、sinθ
１＝NA）、空気の屈折率をn1、透明材層における屈折角
度をθ２として、U1とU2との光路差ΔＬを求めると、こ
の光路差ΔＬは（２）式で示される。
ΔＬ＝２・n2・ｈ・cosθ２ …（２） また、スネルの法則より、 n1・sinθ１＝n2・sinθ２ …（３） が成り立つ。
一方、レーザビームの可干渉距離Lcは、 Lc＝λ0 2/Δλ …（４） で示される。
したがって、もしも、光路差ΔＬが可干渉距離Lcより
も短いときには、光ディスクの表面と内部の反射層との
間で光波の干渉が生じる。このような条件の場合、光デ
ィスクが周方向あるいは半径方向に厚みむらを持ってい
たり、メーカ毎に光ディスクの厚みにばらつきがあった
りした場合には、上述した干渉の影響で、フォーカスエ
ラー信号が光ディスクの回転に同期して変動する。この
結果、精度の高いフォーカシング制御ができなくなり、
再生信号のS/N低下およびジッタの劣化を招くことにな
る。
このような干渉強度の変動がフォーカスエラー信号へ
及ぼす影響についてさらに詳しく説明する。
光ディスクの表面と内部の反射層との間で光波が多重
反射および干渉したとき、屈折率n2の基板より屈折率n1
の空気側に出射する全光束の強度Irは次式で示される。
Ir＝{4R・sin2・δ/2・Ii}／{(１−Ｒ)２＋4R・sin2・
δ/2} …（５） （５）式において、Iiは入射光強度、Ｒは空気（屈折
率n1）と基板（屈折率n2との境界面での反射率を示す。
また、δは境界面での反射光U1と情報記録面である反射
層での反射光U2との位相差に関係し、次の式で与えられ
る。
δ＝(２π／λ０)・ΔＬ＝(４πn2/λ０)ｈ・cosθ２ …（６） （２）式より、（６）式は、次のようになる。
δ＝（４π／λ０）ｈ・（n2 2−n1 2・sin2θ１）0.5 …（７） （５）式から、位相差δが０からπまで変化すると、
干渉強度は０（暗）から最大（明）までの値をとること
が判る。したがって、（７）式より、干渉縞の明・暗の
周期Δｈは、 Δｈ＝λ0/｛４（n2 2−n1 2・sin2θ１）0.5｝ …（８） で与えられる。
（８）式のn1,n2およびθ１値として、それぞれn1＝
１（空気）、n2＝1.5（基板材料）、θ１＝０〜36.9deg
（DVD規格ではNA＝0.6＝sinθ１であり、これより最大
入射角が求まる）を代入すると、干渉縞明暗の周期Δｈ
の最小値および最大値は、それぞれΔh min＝λ0/6、Δ
h max＝λ0/5.5となる。
DVD規格によれば、使用レーザビームの中心波長λ０
は、λ０＝650/635（nm）である。したがって、中心波
長λ０＝635（nm）のレーザビームを使用した場合に
は、Δh min＝0.105（μｍ）、Δh max＝0.115（μｍ）
となる。このように、Δh minとΔh maxとの差は僅かに
0.01（μｍ）である。このため、開口数NA＝0.6の範囲
内に存在する光束はほぼ同じΔｈ（つまり基板の厚さむ
ら）に対して、それらの干渉強度が変動する。このた
め、光ディスクの回転に伴って基板の厚みが変動する
と、干渉縞は最大幅で明から暗へと変化し、その結果、
フォーカスエラー信号も変動することになる。
しかし、この発明では、半値幅Δλが（１）式を満た
すレーザビームを使用している。このため、光路差ΔＬ
よりも可干渉距離Lcを短くでき、この結果として光ディ
スクの表面と内部の反射層との間での光波の多重干渉を
防止できる。したがって、この発明によれば、フォーカ
スエラーを精度よく検出することができるので、精度の
高いフォーカシング制御が可能となり、再生信号のS/N
低下およびジッタの劣化を防止することができる。
［図面の簡単な説明］ 図１は、この発明に係る光ディスク装置のブロック構
成図。
図２は、図１に示す装置において記録媒体として使用
されるDVDの斜視図。
図３は、図２に示されるDVDの断面を局部的に示す
図。
図４は、図１に示される装置の光学系統を取り出して
示す図。
図５は、図４に示される光学系統に組み込まれてフォ
ーカスエラー信号の取得に供される光センサの正面図。
図６は、図４に示される光学系統に組み込まれて信号
の記録・読出しおよびフォーカシング制御に使用される
レーザダイオードのパワースペクトルを示す図。
図７は、図１に示される装置において検出されるフォ
ーカスエラー信号を示す図。
図８は、この発明に係る光ディスク装置では使用でき
ないレーザダイオードのパワーペクトルを示す図。
図９は、図８に示す特性のレーザダイオードを使用し
たときに得られるフォーカスエラー信号を示す図。
図10は、この発明に係る光ディスク装置において使用
可能な別のレーザダイオードのパワーペクトルを示す
図。
図11は、この発明に係る光ディスク装置において使用
可能なさらに別のレーザダイオードのパワースペクトル
を示す図。
図12は、この発明に係るフォーカシング装置を組み込
んだDVD原盤製造装置の概略構成図。
図13は、図12に示される装置に組み込まれたフォーカ
シング装置の要部を示す図。
図14は、図13に示されるフォーカシング装置に組み込
まれてフォーカシング制御に使用されるレーザダイオー
ドのパワースペクトルを示す図。の 図15は、この発明の別の実施例に係るフォーカシング
装置を組み込んだ露光装置の概略構成図。
［発明を実施するための最良の形態］ 図１には、この発明に係る光ディスク装置、ここには
DVDプレーヤが示されている。
符号100は光ディスクとしてのDVDを示している。この
DVD100はDVD規格に準拠して製作されたもので、具体的
には、図２および図３に示すように形成されている。
すなわち、DVD100は、ディスク状に形成された厚さ0.
6（mm）の第１および第２の情報記録部材101,102を貼り
合わせて全体の厚みが約1.2（mm）に形成されている。
第１および第２の情報記録部材101,102は、それぞれ透
光性基板103,104を備えている。これら透光性基板103,1
04の背面には、圧縮動画像情報などの記録情報に対応す
るピットを持つとともに光を反射させる反射層105,106
が被着されている。これら反射層105,106の上には、該
反射層の酸化を防止のための保護層107,108がそれぞれ
設けられている。そして、第１および第２の情報記録部
材101,102は、保護層107と108との間に介挿された熱硬
化性の接着剤からなる接着層109によって貼り合わされ
ている。なお、DVD100の中央にはクランピングのための
クランピング用孔110が設けられており、その周囲には
クランピングゾーン111が設けられている。
DVD100を構成している各部の材質について説明する
と、透光性基板103,104はポリカーボネイトまたはポリ
カーボネイトあるいはPMMA（ポリメチルメタクリレー
ト）を含む樹脂によって作られている。反射層105,106
は、アルミニウム薄膜で形成されている。保護層107,10
8は、光硬化性樹脂（紫外線硬化樹脂）により形成され
ている。接着層109はホットメルト接着剤（熱可塑性樹
脂接着剤）、例えばポリビニルエーテルパラフィン系の
材料；［−CH2−CH＝CH−CH2］ｎ−［CH2−CH（OCH3）
−］ｎ′からなる。
図１に示される光ディスク装置では、DVD100がテーパ
コーン200にチャッキングされた状態でスピンドルモー
タ201によって、たとえば1350（rpm）の回転数で回転さ
れる。スピンドルモータ201は、スピンドルモータ駆動
回路202により駆動される。一方、記録・再生光学系は
次のように構成されている。すなわち、DVD100の片方の
面に対向させて対物レンズ203が配置されている。この
対物レンズ203は、フォーカスコイル204によって光軸方
向に、またトラッキングコイル205によってトラック幅
方向に移動制御される。対物レンズ203に対向する位置
には、半導体レーザダイオード（以後、LDと略記する）
206が対物レンズ203と一体に移動可能に配置されてお
り、このLD206はLDドライバ207によって付勢される。
LD206から射出されたレーザビームは、コリメートレ
ンズ208で平行光束に変換された後、偏光ビームスプリ
ッタ209に入射する。LD206から射出したレーザビームは
一般に楕円のファーフィールドパターンを有しているの
で、円形のパターンが必要な場合はコリメートレンズ20
8の後に図示しないビーム整形プリズムを配置すればよ
い。
偏光ビームスプリッタ209を通過したレーザビーム
は、対物レンズ203によって絞られ、図３および図４に
示すように、DVD100の透光性基板103または104に入射す
る。この例において、対物レンズ203の開口数NAは、DVD
規格に準拠して0.6である。
ここで、LD206の発光特性、つまりLD206のパワースペ
クトルについて説明する。すなわち、図４に示すよう
に、透光性基板104（103）の厚みをｈ、透光性基板104
（103）へ入射する入射光束210の最大角度をθ１（ただ
し、sinθ１＝NA）、空気の屈折率をn1、透光性基板104
（103）における屈折角度をθ２、LD206から射出される
レーザビーム、つまり入射光速210の中心波長をλ０、
その半値幅をΔλとしたとき、LD206として、 Δλ≧λ0 2/｛2h（n2 2−NA2）0.5｝ の条件を満たすものが用いられている。
具体的には、図６に示すように、たとえば中心波長λ
０＝635（nm）、半値幅Δλ＝0.5（nm）のLDが用いられ
ている。
再生時、対物レンズ203を介してDVD100の透光性基板1
04（103）に入射したレーザビームは、反射層106（10
5）上に微小なビームスポットとして集束される。そし
て、反射層106（105）からの反射光は、対物レンズ203
内を入射光とは逆方向に通過した後、偏光ビームスプリ
ッタ209で反射され、集光レンズ211およびシリンドリカ
ルレンズ212などの検出光学系を経て光検出器213に入射
する。
光検出器213は、図５に示すように、同一平面上に配
置された４つの光検出素子214a〜214dで構成されてい
る。この光検出器213の４つの検出出力はアンプと加減
算器などを含むアンプアレー215に入力され、ここでフ
ォーカスエラー信号Ｆ、トラッキングエラー信号Ｔおよ
び再生信号Ｓが生成される。
なお、トラッキングエラー信号Ｔは、公知のプッシュ
プル法と呼ばれる手法によって求められる。また、フォ
ーカスエラー信号Ｆは、公知の非点収差法で求められ
る。この非点収差法では、図５に示す光検出素子のうち
の対角線上に位置する光検出素子214aの出力I aと光検
出素子214bの出力I bとを加算し、この加算信号から、
光検出素子214cの出力I cと光検出素子214dの出力I dと
を加算した信号を減算し、この減算信号からフォーカス
エラー信号を得るようにしている。
フォーカスエラー信号Ｆおよびトラッキングエラー信
号Ｔは、サーボコントローラ216を経由してフォーカス
コイル204およびトラッキングコイル205にそれぞれ供給
される。これにより、対物レンズ203が光軸方向および
トラック幅方向に移動制御され、DVD100の記録面である
反射層106（105）に対する光ビームのフォーカシング
と、目標トラックに対するトラッキングとが行われる。
一方、アンプアレー215からの再生信号Ｓは信号処理
回路217に入力され、ここで波形等化および２値化処理
が施される。２値化処理では、波形等化後の再生信号を
PLL（位相同期回路）とデータ識別回路とに導き、PLLに
よって再生信号からDVD100に情報を記録したときの基本
クロックであるチャネルクロックを抽出する。そして、
チャネルクロックに基づいて再生信号の「０」，「１」
を識別することにより、DVD100に記録されている情報の
データ識別を行い、データパルスを得る。すなわち、チ
ャネルクロックの立ち上がりまたは立ち下がりのタイミ
ングを基準とする所定の時間幅（検出窓幅またはウイン
ドウ幅という）内で波形等化後の再生信号を適当なしき
い値と比較することにより、データ識別を行う。
こうして信号処理回路217から検出されたデータパル
スはディスクコントローラ218に入力され、フォーマッ
トの解読、エラー訂正などが行われた後、動画像情報の
ビットストリームとしてMPEG2デコーダ／コントローラ2
19に入力される。DVD100には、MPEG2の規格に従って動
画像情報を圧縮符号化したデータが反射層105,106上の
ピットパターンとして記録されている。そこで、MPEG2
デコーダ／コントローラ219は、入力されたビットスト
リームを復号（伸長）して、元の動画像情報を再生す
る。
再生された動画像情報はビデオ信号発生回路220に入
力され、ブランキング信号などが付加されることによ
り、NTSCフォーマットなどの所定のテレビジョンフォー
マットのビデオ信号とされ、図示しないディスプレイに
より表示される。
先に説明したように、このDVD用の光ディスク装置で
は、（１）式の条件を満たす発光特性のLD206を用いて
いるので、（２）式で示される光路差ΔＬに対して、
（４）式で示される可干渉距離Lcを短くできる。この結
果、DVD100の表面と内部の反射層105（106）との間で光
波の干渉が生じるのを防止できる。
具体的な数値で説明すると、LD206はたとえば中心波
長λ０＝635（nm）、半値幅Δλ＝0.5（nm）のレーザビ
ームを送出する。したがって、このレーザビームの可干
渉距離Lcは、（４）式からLc＝0.8（mm）となる。一
方、DVD100はDVD規格に準拠して厚さｈ＝0.6（mm）の情
報記録部材101,102を貼り合わせたものであり、また対
物レンズ203もDVD規格に準拠して開口数NA＝0.6に設定
されている。したがって、情報記録部材101,102を構成
している透光性基板103,104が屈折率n2＝1.5のポリカー
ボネイトで形成されているものとすると、光路差ΔＬ
は、（２）式より、ΔＬ＝1.650（mm）となる。
このように、半値幅Δλが（１）式を満たすレーザビ
ームを使用している。このため、光路差ΔＬよりも可干
渉距離Lcを短くでき、この結果としてDVD100の表面と内
部の反射層との間で光波の多重干渉が生じるのを防止で
きる。したがって、対物レンズ203のフォーカス方向変
位ΔＺに対して、図７に示すように直線的に変化するフ
ォーカスエラー信号を取得することができる。この結
果、精度の高いフォーカシング制御が可能となり、再生
信号のS/N低下およびジッタの劣化を防止することがで
きる。
なお、半値幅Δλが（１）式を満たさないレーザビー
ムを使用した場合、たとえば図８に示すように、中心波
長λ０＝685（nm）、半値幅Δλ＝0.2（nm）のレーザビ
ームを使用した場合には次のようになる。すなわち、こ
の場合の可干渉距離Lcは、Lc＝2.34（mm）となり、光路
差ΔＬ＝1.650（mm）よりも長い。このため、U1とU
2（図５参照）との干渉を防止することができない。こ
の結果、対物レンズのフォーカス方向変位ΔＺに対し
て、図９に示すように、脈動的に変化するフォーカスエ
ラー信号しか取得することができない。
上記説明から判るように、記録媒体としてDVDを用い
る光ディスク装置さらには将来出現すると予想されるHi
ght Definition−DVDと呼ばれている高精細なDVDを取り
扱う光ディスク装置において、より精度の高い記録・再
生を実現するには、前述したU1とU2との干渉を回避する
必要がある。そのためには、たとえばDVDに厚みむらが
あった場合でも、光路差ΔＬが常に可干渉距離Lcよりも
長いことが必要である。可干渉距離Lcを短くするには、
半値幅Δλの大きいLDの使用が望まれる。
このようなLDの１つのパワースペクトルを図10に示
す。この図から判るように、このLDは中心波長λ０＝65
0（nm）、半値幅Δλ＝0.3（nm）である。このLDの可干
渉距離Lcを計算すると、Lc＝1.408（mm）となり、光路
差ΔＬ＝1.65（mm）よりも短い。したがって、U1とU2と
の干渉を防止することができる。
また、Hight Definition−DVDを取り扱う光ディスク
装置では、図11に示すように、中心波長λ０＝417（n
m）程度のレーザビームを使用する必要がある。そこ
で、（１）式に、λ０＝417（nm）、ｈ＝0.6（mm）、n2
＝1.5を代入して必要な半値幅Δλを求めてみると、Δ
λ≧0.105（nm）となる。すなわち、Hight Definition
−DVDを取り扱う光ディスク装置では、中心波長λ０が4
10（nm）から420（nm）で、半値幅Δλが0.105（nm）以
上であることが必要である。なお、Hight Definition−
DVDよりさらに機能アップさせた光ディスク装置でも、
（１）式より、U1とU2とが干渉するのを防止できる半値
幅Δλを求めることができる。
なお、上記実施例においては、光デイスクの一例とし
てDVDプレーヤを示したが、プログラムやコンピュータ
用データ等を記録・再生するためのROM（DVD−ROM）やR
AM（DVD−RAM）等にも適用できる。
図12には、この発明に係るフォーカシング装置を備え
た光ディスク用原盤記録装置が示されている。この原盤
記録装置は、原盤作製の初期段階において、ホトレジス
トの塗布されているレジストマスタディスクにレーザビ
ームを用いて記録を施す工程で使用される。
符号300は光源を示している。この光源300は、例えば
Kr+レーザ管（波長351nm）で構成されている。光源300
から射出したレーザビーム301は、レンズ群302により平
行ビームに整形され、ミラー303〜308で反射され、電気
光学変調素子309によって光パワーの交流ノイズが除去
される。続いて、波長板310を通過し、ミラー311で反射
され、音響光学変調素子312により光パワーの直流成分
が安定化され、ミラー313,314で反射され、続いて音響
光学変調素子315により記録する情報に応じて変調され
る。なお、この図では音響光学変調素子315を制御する
制御系が省略されている。
記録光は、ミラー316で反射され、拡大光学系317によ
りビーム径が拡大され、ミラー318とミラー319で反射さ
れ、偏光ビームスプリッター320とλ/4板321とを通過
し、ダイクロイックミラー322で反射され、対物レンズ
ユニット323内の対物レンズ324によって集光され、光デ
ィスク用原盤325の感光剤面に記録スポットを形成す
る。
この記録スポットによって光ディスク用原盤325の感
光剤面に記録部が形成される。この記録部は、光ディス
ク用原盤325の回転と、対物レンズユニット323を支持す
るスライダー326の半径方向の移動とによって、スパイ
ラル状の軌道上に形成される。その間、対物レンズ324
は、その焦点が常に原盤325の感光剤面に位置するよう
に、フォーカシング装置327によって制御される。な
お、情報の記録された光ディスク用原盤325は、記録部
にピットが現れるように現像処理され、その後に銀メッ
キされてディスクマスタとして用いられる。
フォーカシング装置327は、記録開始に先立って対物
レンズ324の位置を粗調整する粗調整系328と、記録中に
記録光を使って対物レンズ324の位置を微調整する微調
整系329とで構成されている。
粗調整系328は、図13に示すように、対物レン324の光
軸方向の位置を調整する対物レンズアクチュエータ330
と、対物レンズ324のフォーカスエラーを光学的に検知
するためのフォーカスエラー検知光学系331と、この検
知光学系331で得られた信号に基づいて対物レンズアク
チュエータ330を制御する制御部332とを備えている。
フォーカスエラー検知光学系331は、非点収差法を用
いた光学系で、光源341、コリメートレンズ342、シリン
ドリカルレンズ343、リレーレンズ344a,344b、偏光ビー
ムスプリッタ345、λ/4板346、ミラー347、球面レンズ3
48、シリンドリカルレンズ349、４分割受光素子350を有
している。
光源341は発散性の楕円の光ビームを射出する。この
光ビームは、コリメートレンズ342により僅かに収束性
の光ビームに変えられ、シリンドリカルレンズ343によ
って円形の光ビームに整形される。その後、光ビームは
リレーレンズ344a,344bを通過し、偏光ビームスプリッ
タ345に入射する。光源341から射出されるレーザー光は
直線偏光でｐ波に設定されている。このため、偏光ビー
ムスプリッタ345に入射した光ビームはこれを透過し、
λ/4板346によって右回りの円偏光に変えられ、ミラー3
47で反射され、ダイクロイックミラー322を透過し、対
物レンズ324によって原盤325に集光される。
原盤325からの反射ビームは、逆回りすなわち、左回
りの円偏光となっており、対物レンズ324に入射し、ダ
イクロイックミラ322を透過し、ミラー347で反射され、
λ/4板346によってｓ波に変換される。その後、今度は
偏光ビームスプリッタ345で反射され、球面レンズ348に
より収束性の光ビームに変えられ、シリンドリカルレン
ズ349を経て、４分割受光素子359に入射する。４分割受
光素子350の各受光部351a、351b、351c、351dは、それ
ぞれ受光光量に対応した信号I a、I b、I c、I dを出力
する。
制御部332は、４分割受光素子350の各信号I a〜I dを
導入し、非点収差法に基づいて、（I a＋I b）−（I c
＋I d）の演算を行なう。この演算によって、対物レン
ズ324のデフォーカス量を示すフォーカスエラー信号が
得られる。制御部332は、フォーカスエラー信号をゼロ
に維持すべく対物レンズアクチュエータ330をフィード
バック制御する。これにより、対物レンズ324は、その
焦点が常に原盤325の感光剤面に一致するように位置制
御される。
図12に示す原盤記録装置は、たとえばトラックピッチ
が0.74（μｍ）の原盤の作製を目的としている。このた
め、対物レンズ324として、開口数NA＝0.9、焦点距離ｆ
＝4.002（mm）（波長351nm）のものが使用されている。
その作動距離ｄ（対物レンズ324の最下面に取り付けら
れている保護用の透光性平行平板から原盤325の表面ま
での距離）は350（μｍ）である。
フォーカシング装置327の粗調整系328では、光源341
として図14にパワースペクトルを示すSLD（スーパール
ミネントダイオード、アンリツ（株）製）が使用されて
いる。このSLDのパワースペクトルは、図14に示したよ
うに、中心波長λ０＝670（nm）、半値幅Δλ＝20（n
m）である。したがって、SLDから放射される光の可干渉
距離Lcは、（４）式により、Lc＝22（μｍ）となる。
このように、粗調整系328において、対物レンズ324の
作動距離ｄに比べて可干渉距離Lcを十分に小さくできる
パワースペクトルの光源341を用いている。つまり、ほ
ぼλ0 2/Δλ≦2dを満足するものが用いられている。こ
のため、対物レンズ324の前面に設けられる透明の保護
板と原盤325との間で光波の多重干渉が起こるのを防止
できる。この結果、先の実施例と同様に、制御部332に
おいて、対物レンズ324のフォーカス方向変位ΔＺに対
して、図７に示すように直線的に変化するフォーカスエ
ラー信号を取得することができる。したがって、精度の
高いフォーカシング制御が可能となる。
このように、本実施形態のフォーカシング装置によれ
ば、作動距離の短い原盤記録装置に適用した場合におい
ても、ノイズの少ないフォーカスエラー信号が得られ
る。この結果、フォーカシング制御を精度良く行なえ、
良質な原盤作製の実現に貢献できる。なお、微調整系32
9では記録時に記録光を用い、同じく非点収差法でフォ
ーカシング制御が行われる。また、図12中、360は光量
をチェックするための光検出器を示している。
図15には、この発明に係るフォーカシング装置を備え
た露光装置が示されている。
この露光装置では、LD400から放射されたレーザビー
ム401をレンズ402,403を介してウエハ等の試料404の表
面に斜めに照射する。そして、試料404の表面からの反
射光405をレンズ406,407を介して光導通形位置検出器40
8に導入し、この位置検出器408で試料404の表面位置を
検出する。そして、検出された表面位置情報を露光装置
本体409あるいは試料保持装置の位置制御系に与え、露
光装置本体409の焦点位置を常に試料404の表面位置に一
致させるようにフォーカシング制御系を構成している。
そして、この露光装置においても、LD400として、先
に説明したSLDのように半値幅Δλの十分に大きいもの
を用いている。すなわち、LD400として、そのパワース
ペクトルの中心波長λ０と半値幅Δλとが、試料404を
覆う可能性のある光学媒質の厚みｔに対して、 ほぼλ0 2/Δλ≦2t（n2 2−sin2θ）0.5を満足するもの
が用いられている。ただし、n2は光学媒質の屈折率を示
し、θは光学媒質への光の入射角を示している。したが
って、試料404を覆う光学媒質に左右されることなく、
フォーカシング制御を行うことができる。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるも
のではなく、種々変形して実施できる。
［産業上の利用可能性］ 本発明によれば、精度の高いフォーカスエラー検出に
寄与できるので、精度の高いフォーカシング制御の実現
に寄与できる。したがって、たとえば光ディスク装置に
適用した場合には、再生信号のS/N低下防止およびジッ
タの劣化を図ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/095 G11B 7/24 G11B 7/125 G11B 7/135

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であっ
    て、少なくとも一方の基板には表面からの距離がほぼｈ
    の部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光
    ディスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介し
    て照射し、この照射によって上記光ディスク上で情報の
    記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層から反射
    するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて
    前記対物レンズのフォーカスエラーを検出するように構
    成した光ディスク装置において、 前記レーザ光源の中心波長をλ０、前記レーザ光源の半
    値幅をΔλ、前記対物レンズの開口数をNA、前記基板材
    質の屈折率をn2としたときに、前記レーザ光源の半値幅
    Δλが下記式を満足することを特徴とする光ディスク装
    置。 λ0 2/｛2h（n2 2−NA2）0.5｝≦Δλ
  2. 【請求項２】前記光ディスクは、厚さが0.6（mm）、直
    径120（mm）の基板を２枚貼り合わせて構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
  3. 【請求項３】前記レーザ光源は、半導体レーザダイオー
    ドで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
    光ディスク装置。
  4. 【請求項４】前記レーザ光源は、パワースペクトルの中
    心波長λ０が635〜650（nm）の近くにあり、0.3（nm）
    以上の半値幅Δλを備えていることを特徴とする請求項
    1,3のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
  5. 【請求項５】前記レーザ光源は、パワースペクトルの中
    心波長λ０が410（nm）〜420（nm）の範囲にあり、0.10
    5（nm）程度以上の半値幅Δλを備えていることを特徴
    とする請求項1,3のいずれか１項に記載の光ディスク装
    置。
  6. 【請求項６】厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であっ
    て、少なくとも一方の基板には表面からの距離がほぼｈ
    の部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光
    ディスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介し
    て照射し、この照射によって上記光ディスク上で情報の
    記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層から反射
    するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて
    前記対物レンズのフォーカスエラーを検出するように構
    成した光ディスク装置において、 前記光源の射出光パワースペクトルの中心波長と半値幅
    とによって決まる可干渉距離が、前記基板表面で直接反
    射する光と前記基板内に入り込み前記信号ピットで反射
    した後に再び前記基板から出て行く光との光路差よりも
    小さくなるように前記半値幅を設定したことを特徴とす
    る光ディスク装置。
  7. 【請求項７】前記光ディスクは、厚さが0.6（mm）、直
    径120（mm）の基板を２枚貼り合わせて構成されている
    ことを特徴とする請求項６に記載の光ディスク装置。
  8. 【請求項８】前記レーザ光源は、半導体レーザダイオー
    ドで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の
    光ディスク装置。
  9. 【請求項９】前記レーザ光源は、パワースペクトルの中
    心波長λ０が635〜650（nm）の近くにあり、0.3（nm）
    以上の半値値Δλを備えていることを特徴とする請求項
    6,8のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
  10. 【請求項１０】前記レーザ光源は、パワースペクトルの
    中心波長λ０が410（nm）〜420（nm）の範囲にあり、0.
    105（nm）程度以上の半値値Δλを備えていることを特
    徴とする請求項6,8のいずれか１項に記載の光ディスク
    装置。
  11. 【請求項１１】厚みがｈの基板を２枚重ねた構造であっ
    て、少なくとも一方の基板には表面からの距離がほぼｈ
    の部分に信号ピットの形成される反射層が設けられた光
    ディスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介し
    て照射し、この照射によって上記光ディスク上で情報の
    記録あるいは再生を行うとともに、前記反射層から反射
    するレーザ光の一部を検知して得られる信号に基づいて
    前記対物レンズのフォーカスエラーを検出するように構
    成した光ディスク装置において、 前記光源の射出光パワースペクトルの中心波長と半値幅
    とによって決まる可干渉距離が、前記基板表面で直接反
    射する光と前記基板内に入り込み前記信号ピットで反射
    した後に再び前記基板から出て行く光との光路差よりも
    小さく、かつ前記対物レンズの開口数および焦点距離、
    前記光源の中心波長および半値幅により決定されるレー
    ザスポットの半径が隣接する信号ピットのトラックピッ
    チより小さくなるように、前記半値幅を設定したことを
    特徴とする光ディスク装置。
  12. 【請求項１２】対象面上に対物レンズの焦点位置を合わ
    せるフォーカシング装置であって、前記対物レンズを光
    軸方向に移動させるアクチュエータと、光源を含み、前
    記対物レンズのフォーカスエラーを光学的に検知するエ
    ラー検知手段と、このエラー検知手段で得られた信号に
    基づいて上記アクチュエータを制御する手段とを備え、
    前記エラー検知手段に含まれている前記光源は、そのパ
    ワースペクトルの中心波長λ０と半値幅Δλとが、前記
    対物レンズの作動距離ｄに対して、 ほぼλ0 2/Δλ≦2dを満足する光を射出するものである
    ことを特徴とするフォーカシング装置。
  13. 【請求項１３】光学媒質で覆われる可能性のある対象面
    上に対物レンズの焦点位置を合わせるフォーカシング装
    置であって、前記対象面を光軸方向に移動させるアクチ
    ュエータと、光源を含み、前記対物レンズのフォーカス
    エラーを光学的に検知するエラー検知手段と、このエラ
    ー検知手段で得られた信号に基づいて上記アクチュエー
    タを制御する手段とを備え、前記エラー検知手段に含ま
    れている前記光源は、そのパワースペクトルの中心波長
    λ０と半値幅Δλとが、前記対象面を覆う前記光学媒質
    の厚みをｔ、前記光学媒質の屈折率をn2、前記光学媒質
    に対する光の入射角をθとしたとき、 ほぼλ0 2/Δλ≦2t（n2 2−sin2θ）0.5を満足する光を
    射出するものであることを特徴とするフォーカシング装
    置。
  14. 【請求項１４】試料面上に対物レンズの焦点位置を合せ
    るフォーカシング装置であって、 前記試料面と前記対物レンズとを相対的に移動させるア
    クチュエータと、 光源を含み、前記対物レンズのフォーカスエラーを光学
    的に検知するエラー検知手段と、 このエラー検知手段で得られた信号に基づいて前記アク
    チュエータを制御する手段とを備え、 前記エラー検知手段に含まれている光源は、光源の中心
    波長をλ０、前記光源の半値幅をΔλ、前記対物レンズ
    の開口数をNA、前記試料の厚みをｔ、前記試料の屈折率
    をn2としたときに、前記光源の半値幅をΔλが下記式を
    満足することを特徴とするフォーカシング装置。 λ0 2/｛2t（n2 2−NA2）0.5｝≦Δλ
  15. 【請求項１５】試料面上に対物レンズの焦点位置を合せ
    るフォーカシング装置であって、 前記試料面と前記対物レンズとを相対的に移動させるア
    クチュエータと、 光源を含み、前記対物レンズのフォーカスエラーを光学
    的に検知するエラー検知手段と、 このエラー検知手段で得られた信号に基づいて前記アク
    チュエータを制御する手段とを備え、 前記光源の出射光のパワースペクトルの中心波長と半値
    幅とによって決まる可干渉距離が、前記試料面で直接反
    射する光と前記試料内に入り込み前記試料の裏面で反射
    した後に再び前記試料から出て行く光との光路さよりも
    小さくなるように前記半値幅を設定したことを特徴とす
    るフォーカシング装置。
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