JP4342551B2 - ギャップ検出方法、焦点調節装置および光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソリッドイマージョンレンズまたはソリッドイマージョンミラーとレーザ光被照射面との間のギャップ量を検出するギャップ検出方法、これらレンズまたはミラーによって収束されるレーザ光の焦点を目標面上に位置付けるための焦点調節装置およびこの焦点調節装置を具備する光ピックアップ装置に関する。

光ディスクの高密度化にともない、レーザスポット径の微小化が要求されている。ここで、スポット径を微小化するには、対物レンズの開口数（ＮＡ）を高める必要がある。対物レンズの開口数を高める方法として、たとえば、ソリッドイマージョンレンズ（以下、「ＳＩＬ」という）またはソリッドイマージョンミラー（以下、「ＳＩＭ」という）を用いる方法が知られている（特許文献１）。この方法では、対物レンズと光ディスクの間に、ＳＩＬまたはＳＩＭが配される。これにより、対物レンズの開口数を、たとえば、１よりも大きなものとすることができる。

なお、この方法では、ＳＩＬまたはＳＩＭと光ディスクの間のギャップを１００ｎｍ程度に設定する必要がある。ここで、このギャップ調整は、いわゆる、エバネッセント光の伝搬量を検出することにより行われる。

ＳＩＬおよびＳＩＭは、ディスクに対向する側の面が平面、対物レンズに対向する側の面が球面となっており、レーザ光源から出射されたレーザ光は、球面で収束された後、平面に入射する。このレーザ光のうち、外周部のレーザ光は、この平面に対し臨界角よりも大きな角度で入射するため、この平面によって全反射される。このとき、この平面とディスク面との間のギャップが所定距離よりも小さいと、外周部のレーザ光の一部が、この平面からディスク面へと伝搬する。この光が、エバネッセント光である。

ここで、エバネッセント光の伝搬量は、ＳＩＬおよびＳＩＭの平面とディスク面との間のギャップが小さくなるほど増加する。したがって、この平面によって全反射される光の光量は、このギャップが小さくなるほど減少する。つまり、この平面によって全反射された光の光量をもとに、ＳＩＬおよびＳＩＭの平面とディスク面との間のギャップ量を検出することができる。

上記特許文献１では、この平面からの全反射光を光検出器で受光し、その検出信号を基準信号と比較して、ギャップ調整を行っている。具体的には、検出信号と基準信号の差分からフォーカスエラー信号を生成し、これをもとに、対物レンズおよびＳＩＬまたはＳＩＭを具備するアクチュエータをフォーカス方向に変位させるようにしている。
特開２０００−２００４３４号公報

しかし、上記特許文献１の方法によれば、基準信号に電気的なノイズやオフセットが生じると、ギャップエラーを正確に検出できないとの問題が生じる。他方、ＳＩＬまたはＳＩＭを用いる場合のギャップ調整は、上記の如く、ナノメートルオーダーの精度が必要となる。したがって、上記特許文献１の方法では、ギャップ調整を高精度に行えず、その結果、レーザスポットの微小化を円滑に達成できない惧れがある。

本発明は、このような問題を解消するものであり、ＳＩＬまたはＳＩＭとレーザ光被照射面との間のギャップを高精度に検出できるようにすることをその課題とするものである。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）またはソリッドイマージョンミラー（ＳＩＭ）のレーザ光出射平面と該レーザ光が照射される被照射面との間のギャップ量を検出するギャップ検出方法において、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のうち第１の領域のレーザ光の波面状態と第２の領域のレーザ光の波面状態を相違させ、前記第１の領域のレーザ光と前記第２の領域のレーザ光の前記レーザ光出射平面によって全反射された光の強度の差分に基づいて、前記レーザ光出射平面と前記被照射面の間のギャップ量を検出することを特徴とする。

この発明によれば、第１の領域のレーザ光と第２の領域のレーザ光の、レーザ光出射平面によって全反射された光の強度の差分に基づく信号は、ギャップ量の変化に伴ってＳ字カーブとなる。よって、このＳ字カーブのゼロクロス位置を目標ギャップ量に設定すると、Ｓ字カーブの極性と振幅量から、目標ギャップ量に対する現ギャップ量の変化の方向とその大きさを検出できる。ここで、この検出は、上記特許文献１のように基準信号との対比において行われるものではないため、電気的なノイズやオフセットに対する耐性が高められる。したがって、本発明によれば、ＳＩＬまたはＳＩＭとレーザ光被照射面との間のギャップを高精度に検出することができる。

なお、請求項１に記載のギャップ検出方法において、前記第１の領域と前記第２の領域は、請求項２に記載のように、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のビーム領域を２分割したものとすることができる。こうすると、レーザ光出射平面によって全反射される光の全光量に対する第１および第２の領域に基づく全反射光の光量の比率を高めることができる。よって、これら２つの全反射光の光量差分を大きくすることができ、ギャップ検出を円滑に行うことができる。

また、第１の領域のレーザ光の波面と第２の領域のレーザ光の波面は、請求項３に記載のように、波面の凹凸状態が互いに逆転するよう設定することができる。こうすると、第１および第２の領域に基づく全反射光の光量差分を大きくすることができ、ギャップ検出を円滑に行うことができる。

請求項４の発明は、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）またはソリッドイマージョンミラー（ＳＩＭ）のレーザ光出射平面から出射されるレーザ光の焦点を目標面上に位置付けるための焦点調節装置において、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーを前記目標面に対して光軸方向に相対的に変位させるアクチュエータと、レーザ光源と前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーとの間に配され、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のうち第１の領域のレーザ光の波面状態と第２の領域のレーザ光の波面状態を相違させる波面変換素子と、前記第１の領域のレーザ光と前記第２の領域のレーザ光の前記レーザ光出射平面によって全反射された光をそれぞれ受光してその電気信号を出力する第１および第２の受光素子と、前記第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動回路とを有することを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分に基づく信号は、レーザ光出射平面と目標面との間のギャップ量の変化に伴ってＳ字カーブとなる。よって、このＳ字カーブのゼロクロス位置を目標面に対するレーザ光のオンフォーカス位置に設定すると、Ｓ字カーブの極性と振幅量から、オンフォーカス位置に対する焦点位置のずれ方向とずれ量を検出できる。ここで、この検出は、上記特許文献１のように基準信号との対比において行われるものではないため、電気的なノイズやオフセットに対する耐性が高められる。したがって、本発明によれば、目標面に対するレーザ光の焦点調節を高精度に行うことができる。

なお、請求項４の焦点調節装置において、前記第１の領域と前記第２の領域は、請求項５に記載のように、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のビーム領域を２分割したものとすることができる。こうすると、レーザ光出射平面によって全反射される光の光量に対する第１および第２の領域に基づく全反射光の光量の比率を高めることができる。よって、第１および第２の領域に基づく全反射光の光量差分を大きくすることができ、したがって、第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分信号を大きくできる。よって、目標面に対する焦点調節を円滑に行うことができる。

また、第１の領域のレーザ光の波面と第２の領域のレーザ光の波面は、請求項６に記載のように、波面の凹凸状態が互いに逆転するよう設定することができる。こうすると、第１および第２の領域に基づく全反射光の光量差分を大きくすることができ、したがって、第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分信号を大きくできる。よって、目標面に対する焦点調節を円滑に行うことができる。

さらに、前記波面変換素子は、請求項７に記載のように、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーを保持するホルダーに一体的に装着することができる。こうすると、ソリッドイマージョンレンズまたはソリッドイマージョンミラーと波面変換素子の間の光軸ずれを抑制することができる。よって、この光軸ずれによって発生する焦点調節精度の低下を抑制することができる。

請求項８の発明は、光ピックアップ装置において、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を記録媒体上に収束させるソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）またはソリッドイマージョンミラー（ＳＩＭ）と、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーをサーボ信号に応じて少なくとも光軸方向に変位させるアクチュエータと、前記レーザ光源と前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーとの間に配され、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーのレーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のうち第１の領域のレーザ光の波面状態と第２の領域のレーザ光の波面状態を相違させる波面変換素子と、前記第１の領域のレーザ光と前記第２の領域のレーザ光の前記レーザ光出射平面によって全反射された光をそれぞれ受光してその電気信号を出力する第１および第２の受光素子とを有することを特徴とする。

この発明によれば、上記第４の発明と同様、第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分信号は、レーザ光出射平面と記録媒体表面との間のギャップ量の変化に伴ってＳ字カーブとなる。よって、このＳ字カーブのゼロクロス位置を記録媒体の記録面に対するレーザ光のオンフォーカス位置に設定すると、Ｓ字カーブの極性と振幅量から、オンフォーカス位置に対する焦点位置のずれ方向とずれ量を検出できる。ここで、この検出は、上記特許文献１のように基準信号との対比において行われるものではないため、電気的なノイズやオフセットに対する耐性が高められる。したがって、本発明によれば、記録面に対するレーザ光の焦点調節を高精度に行うことができる。

なお、請求項８の光ピックアップ装置において、前記第１の領域と前記第２の領域は、請求項９に記載のように、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のビーム領域を２分割したものとすることができる。こうすると、レーザ光出射平面によって全反射される光の光量に対する第１および第２の領域に基づく全反射光の光量の比率を高めることができる。よって、第１および第２の領域に基づく全反射光の光量差分を大きくすることができ、したがって、第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分信号を大きくできる。よって、記録媒体の記録面に対するレーザ光のフォーカス制御を円滑に行うことができる。

また、第１の領域のレーザ光の波面と第２の領域のレーザ光の波面は、請求項１０に記載のように、波面の凹凸状態が互いに逆転するよう設定することができる。こうすると、第１および第２の領域に基づく全反射光の光量差分を大きくすることができ、したがって、第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分信号を大きくできる。よって、記録媒体の記録面に対するレーザ光のフォーカス制御を円滑に行うことができる。

さらに、前記波面変換素子は、請求項１１に記載のように、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーを保持するホルダーに一体的に装着することができる。こうすると、ソリッドイマージョンレンズまたはソリッドイマージョンミラーと波面変換素子の間の光軸ずれを抑制することができる。よって、この光軸ずれによって発生するフォーカス制御の精度の低下を抑制することができる。

以上のとおり本発明によれば、ＳＩＬまたはＳＩＭとレーザ光被照射面との間のギャップを高精度に検出することができ、目標面に対してレーザ光を精度良く焦点合わせすることができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図１に、実施の形態に係る光ピックアップ装置の光学系を示す。同図（ａ）は、ＳＩＬを駆動するアクチュエータを除いた光学系の平面図、同図（ｂ）は、このアクチュエータとミラー１０５の部分の側断面図である。

図示の如く、光ピックアップ装置の光学系は、半導体レーザ１０１と、コリメータレンズ１０２と、ビームスプリッタ１０３と、偏光ビームスプリッタ１０４と、ミラー１０５と、波面変換素子１０６と、１／４波長板１０７と、ホルダー１０８と、ＳＩＬ１０９と、ＳＩＬアクチュエータ１１０と、集光レンズ１１１、１１３と、光検出器１１２、１１４を備えている。

半導体レーザ１０１は、青色波長（４００ｎｍ程度）のレーザ光を出射する。コリメータレンズ１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。ビームスプリッタ１０３は、コリメータレンズ１０２側から入力されたレーザ光を所定の比率で透過および反射する。偏光ビームスプリッタ１０４は、ビームスプリッタ１０３側から入射されるレーザ光を略全透過するとともに、ミラー１０５側から入射されるディスクからの反射光を略全反射する。ミラー１０５は、偏光ビームスプリッタ１０４を透過したレーザ光をＳＩＬ１０９側に反射する。

波面変換素子１０６は、レーザ光の外周から中心方向に向かって所定距離範囲内にあるリング状の領域を２分割して生成されるそれぞれの領域に対し異なる波面収差作用を付与する。なお、波面変換素子１０６の構成および作用については追って詳述する。

１／４波長板１０７は、波面変換素子１０６側から入射されるレーザ光を円偏光に変換するとともに、ディスクからの反射光を、ディスクへ入射される際の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。これにより、ディスクによって反射されたレーザ光は偏光ビームスプリッタ１０４によって略全反射される。

ホルダー１０８は、ＳＩＬ１０９と波面変換素子１０６と１／４波長板１０７を保持する。ＳＩＬアクチュエータ１１０は、図２に示すサーボ回路３０２からのサーボ信号に応じて、ホルダー１０８をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動する。これにより、ＳＩＬ１０９と波面変換素子１０６と１／４波長板１０７は、フォーカス方向およびトラッキング方向に一体的に駆動される。なお、ＳＩＬアクチュエータ１１０は、既存の対物レンズアクチュエータと同様、コイルと磁気回路の組み合わせによって構成できる。この場合、ホルダー１０８には、コイルを配すれば良い。この他、ＳＩＬアクチュエータ１１０は、上記特許文献１に記載のように、エアーフローティングアクチュエータとピエゾ素子によるアクチュエータの組み合わせによって構成することもできる。

ＳＩＬ１０９は、青色波長のレーザ光を、光記録媒体（たとえばディスク）に対して適正に収束できるよう設計されている。本実施の形態では、レーザ光は、ＳＩＬ１０９に対し、１より大きな開口数（ＮＡ＝１．３）にて入射する。図示の如く、ＳＩＬ１０９は、球面と平面から構成される外形を有しており、１／４波長板１０７側が球面となり、ディスク側が平面となるようホルダー１０８に装着される。なお、上記特許文献１では、対物レンズとＳＩＬの組み合わせによってレーザ光がディスク上に収束されるよう構成されているが、本実施の形態におけるＳＩＬ１０９は、上記特許文献１における対物レンズとＳＩＬの両方の機能を兼ね備えている。よって、図１の構成例では、対物レンズが光学系から除かれている。

集光レンズ１１１は、ディスクによって反射されたレーザ光を光検出器１１２上に収束させる。ここで、検出器１１２は、図３に示す如く、受光したレーザ光の強度分布から再生ＲＦ信号とトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターン１１２ａ（４分割センサー）を有している。

集光レンズ１１３は、ＳＩＬ１０９の平面（ディスク面に対向する平面）によって全反射された光（以下、「全反射光」という）を光検出器１１４上に収束させる。ここで、検出器１１４は、図３に示す如く、受光した全反射光の強度分布からフォーカスエラー信号を導出するためのセンサーパターン１１４ａ（２分割センサー）を有している。フォーカスエラー信号の導出方法は、追って詳述する。

なお、全反射光は、ディスクからの反射光と異なり、偏光ビームスプリッタ１０４を略全透過する。すなわち、この全反射光は、ＳＩＬ１０９の平面によって全反射する際に、位相が反転する。したがって、この全反射光がさらに１／４波長板１０７を透過すると、その偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する方向となる。このため、この全反射光は、偏光ビームスプリッタ１０４を略全透過し、ビームスプリッタ１０３へと到達する。その後、この全反射光のうち、ビームスプリッタ１０３によって反射された光が、集光レンズ１１３を介して、光検出器１１４上に収束される。

図２に、センサーパターン１１２ａ、１１４ａからの信号をもとに各種信号を生成する信号生成回路の構成例を示す。図示の如く、信号生成回路は、加算回路、減算回路から構成されている。以下では、センサーパターン１１２ａ上のセンサーＡ〜Ｄから出力される信号をＳａ〜Ｓｄとし、センサーパターン１１４ａ上のセンサーＧＡ、ＧＢから出力される信号をＳｇａ、Ｓｇｂとして、各種信号の生成方法の説明を行う。

センサーパターン１１２ａから出力される信号ＳａおよびＳｄと、信号ＳｂおよびＳｃは、それぞれ、加算回路２０１、２０２によって加算される。そして、それぞれの加算出力が加算回路２０３によって加算され、ＲＦ信号が生成される。生成されたＲＦ信号は、再生回路３０１に出力され、記録データの再生処理が行われる。また、加算回路２０１、２０２からの信号は、減算回路２０４によって減算され、トラッキングエラー信号が生成される。

さらに、センサーパターン１１４ａからの信号Ｓｇａ、Ｓｇｂは、減算回路２０５によって減算され、フォーカスエラー信号（ＦＥ信号）が生成される。図示の如く、センサーパターン１１４ａ上に収束される全反射光の収束スポットはリング状となっている。

なお、センサーパターン１１４ａは、後述の如く、センサーＧＡ、ＧＢに照射される全反射光の強度が、それぞれ、ＳＩＬ１０９とディスク面の間のギャップに応じて変化するよう調整されている。具体的には、レーザ光の焦点が光記録媒体の記録面上に適正に位置付けられるようなギャップのとき、これら２つのセンサーにそれぞれ互いに等しい強度にて全反射光が照射され、レーザ光の焦点がこのオンフォーカス位置から光軸方向に前後すると、一方のセンサーに照射される全反射光の強度が他方のセンサーに比べて増減するようになる。したがって、減算回路２０５から出力される信号波形は、レーザ光がオンフォーカス状態にあるときにゼロクロスするＳ字カーブとなる。サーボ回路３０２は、このＳ字カーブの極性と振幅によって、フォーカスエラーの方向と大きさを検出する。そして、その検出結果に応じてフォーカスサーボ信号をＳＩＬアクチュエータ１１０に出力する。

なお、センサーＧＡ、ＧＢにおける全反射光の増減は、波面変換素子１０６による波面変換作用によって生じる。以下、波面変換素子１０６による波面変換作用とその効果について、図３ないし図８を参照しながら順を追って説明する。

まず、図３を参照して、ＳＩＬ１０９と全反射光の関係について説明する。

図示の如く、本実施の形態では、ＮＡ＝１．３にてレーザ光（平行光）がＳＩＬ１０９に入射される。このレーザ光のうち、ＮＡ＝１．０までの範囲にある中央部のレーザ光は、ＳＩＬ１０９の平面に対して臨界角よりも小さな入射角にて入射する。したがって、このレーザ光は、この平面を透過して、ディスクへと到達する。一方、ＮＡ＝１．０〜１．３の範囲にある外周部のレーザ光は、臨界角よりも大きな入射角にてＳＩＬ１０９の平面に入射する。したがって、この外周部のレーザ光は、ディスクに到達する前にＳＩＬ１０９の平面によって全反射され、１／４波長板１０７へと逆戻りすることとなる。

ところが、ＳＩＬ１０９の平面とディスク表面の間のギャップが所定値（１００ｎｍ程度）より小さい場合には、この全反射光のうち一部がディスク表面へと伝搬する現象が生じる。この光は、既述の如く、エバネッセント光と呼ばれ、その伝搬量は、ＳＩＬ１０９の平面とディスク表面の間のギャップが小さくなるほど大きくなる。つまり、ＳＩＬ１０９の平面とディスク表面の間のギャップが小さくなるほどエバネッセント光の伝搬量が増加し、それに伴って、光検出器１１４に戻る全反射光の強度が減少する。なお、上記図２に示すように、センサーパターン１１４ａ上における全反射光の収束スポットがリング状になるのは、レーザ光のうち、臨界角以上でＳＩＬ１０９の平面に入射する外周部の光のみが光検出器１１４に戻るためである。

このように、エバネッセント光の伝搬量は、ＳＩＬ１０９の平面とディスク表面の間のギャップに応じて変化するが、この他、ＳＩＬ１０９の平面に対するレーザ光の入射角度によってもその伝搬量が変化する。

図４は、図３に示す構成において、エバネッセント光の伝搬量とギャップの関係を、ＳＩＬ１０９の平面に対するレーザ光の入射角度毎に、シミュレーションしたものである。なお、このシミュレーションでは、入射角度のバリエーションを、３５°、４０°、４５°、５０°に設定している。また、縦軸に示すエバネッセント光の伝搬量は、ギャップがゼロのときの伝搬量を１としたときの比率によって示されている。

図示の如く、エバネッセント光は、ギャップが小さい範囲において生じるが、その伝搬量は、入射角度に依存して変化する。また、ＳＩＬ１０９の平面に対するレーザ光の入射角が小さいほど、エバネッセント光は広いギャップ範囲で存在する。すなわち、ギャップを狭めた場合には、入射角が小さい方がより多くディスクへと伝搬することとなる。

図５は、波面変換素子１０６の構成を示す図である。同図（ａ）は、波面変換素子の平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＰ−Ｐ’断面図である。なお、同図（ｂ）には、波面変換素子１０６を透過する前後の波面が付記されている。

同図（ａ）に示す如く、波面変換素子１０６には、レーザ光に波面変換作用を付与する領域がリング状に形成されている。また、波面変換素子１０６は、左右２つの領域（領域Ａ、Ｂ）に２分割されており、領域Ａ、Ｂにそれぞれ形成された波面変換領域Ａ２、Ｂ２は、互いに異なる波面収差作用をレーザ光に付与するものとなっている。

また、同図（ｂ）に示す如く、波面変換領域Ａ２、Ｂ２は、ＮＡ＝１．０〜１．３に対応する領域となっている。ここで、波面変換領域Ａ２、Ｂ２を通過した後のレーザ光の波面状態は、波面の凹凸が互いに逆転する。すなわち、波面変換領域Ａ２、Ｂ２は、通過後の波面の凹凸が互いに逆転するような波面収差作用をレーザ光に付与するよう構成されている。

なお、同図（ｂ）には、同図（ａ）をＰ−Ｐ’線で切断したときの波面変換素子１０６の断面図と、波面変換素子１０６を透過する前後のレーザ光の波面が示されているが、同図（ａ）の中心点Ｏを紙面に垂直に貫く直線を軸としてＰ−Ｐ’線を異なる位置に回転させたときの波面変換素子１０６の断面図と、波面変換素子１０６を透過する前後のレーザ光の波面も同図（ｂ）と同様である。ただし、Ｐ−Ｐ’線が領域Ａ、Ｂの分割線上にあるときは、同図（ｂ）とは異なり、波面変換領域は存在せず、したがって、波面変換素子１０６を透過した後のレーザ光の波面は通過前と同様に直線のままである。

図６は、波面変換素子１０６によって付与される波面変換作用とエバネッセント光の伝搬量の関係を示す図である。

図中、（i）、（ii）、（iii）は、ＳＩＬ１０９の外周部に入射するレーザ光を示し、（i）は、ＮＡ＝１．３近傍にてＳＩＬ１０９に入射するレーザ光、（iii）は、ＮＡ＝１．０近傍にてＳＩＬ１０９に入射するレーザ光を示している。また、これらの光のうち、実線は、波面変換素子１０６による波面収差作用を受けない場合の光の軌跡を示し、破線は、効果Ａの波面となる波面収差作用を波面変換素子１０６から受けた場合の光の軌跡を示し、点線は、効果Ｂの波面となる波面収差作用を波面変換素子１０６から受けた場合の光の軌跡を示している。なお、ＳＩＬ１０９の平面とディスク面の間のギャップ中に示す矢印は、実線、破線および点線の軌跡を辿るレーザ光の５０％がエバネッセント光としてディスクへと伝搬するときのギャップを矢印の高さとして模式的に示すものである。

同図を参照して、波面変換素子１０６によってレーザ光が効果Ａの波面収差作用を受けた場合、（i）と（iii）のレーザ光は、波面に垂直な方向に進むため、それぞれ破線の軌跡を辿る。この場合、（iii）のレーザ光は、効果Ａの波面収差作用を受けない場合のレーザ光（実線）に比べ、ＳＩＬ１０９の平面に対する入射角が大きくなるため、エバネッセント光の伝搬が起こり難くなる。ところが、この場合は、（i）と（iii）の光の入射角の差が小さくなるため、（i）から（iii）の範囲にある光は、エバネッセント光の生じ易さが互いに接近する。よって、この範囲にある光は、ギャップが所定値よりも小さくなると、内周部から外周部に向かって急激にエバネッセント光の伝搬が起こり、これに伴って、ＳＩＬ１０９の平面における全反射光の割合が急激に減少するようになる。

一方、波面変換素子１０６によってレーザ光が効果Ｂの波面収差作用を受けた場合、（i）と（iii）のレーザ光は、波面に垂直な方向に進むため、それぞれ点線の軌跡を辿ることとなる。この場合、（iii）のレーザ光は、効果Ｂの波面収差作用を受けない場合のレーザ光（実線）に比べ、ＳＩＬ１０９の平面に対する入射角が小さくなるため、エバネッセント光の伝搬が起こり易くなる。ところが、この場合は、（i）と（iii）の光の入射角の差が大きくなるため、（i）から（iii）の範囲にある光は、エバネッセント光の生じ易さが離れるようになる。よって、この範囲にある光は、ギャップの減少に応じて、内周部から外周部に向かって緩やかにエバネッセント光の伝搬が起こり、これに伴って、ＳＩＬ１０９の平面における全反射光の割合が緩やかに減少する。

図７は、ＳＩＬ１０９の平面上における全反射光の変化を模式的に示す図である。なお、同図（ａ）は、波面変換素子１０６による波面収差作用を受けない場合の全反射光の変化を示し、同図（ｂ）は、波面変換素子１０６の波面変換領域Ａ２、Ｂ２の両方に図６における効果Ａの波面収差作用を付与したときの全反射光の変化を示し、同図（ｃ）は、波面変換素子１０６の波面変換領域Ａ２、Ｂ２の両方に図６における効果Ｂの波面収差作用を付与したときの全反射光の変化を示している。

同図（ｂ）を参照して、レーザ光の外周部に効果Ａの波面収差作用を付与した場合には、上記の如く、ある程度までギャップを狭めるまではエバネッセント光の伝搬が起こり難いため、ＳＩＬ１０９の平面とディスク面の間のギャップが状態（４）から状態（３）に減少しても、全反射光の減少はそれほど大きくは生じない。ところが、この場合には、上記の如く、ギャップがある程度まで減少すると、リング状領域の内周部から外周部に向かって急激にエバネッセント光の伝搬が起こるため、ギャップの減少に伴う全反射光の減少が急峻となる。すなわち、ギャップが状態（３）から状態（２）、（１）へと減少するに伴って、全反射光は急激に減少する。

これに対し、レーザ光の外周部に効果Ｂの波面収差作用を付与した場合（同図（ｃ）参照）には、上記の如く、ＳＩＬ１０９の平面とディスク面の間のギャップがある程度大きくてもエバネッセント光の伝搬が起こるため、ギャップが状態（４）にあるときに既に、全反射光の割合は、同図（ａ）に示す波面変換素子１０６を介さない場合よりも小さくなる。この場合、ギャップが状態（４）から状態（３）に減少するに伴って全反射光の減少が進む。ところが、この場合には、上記の如く、ギャップの減少に伴ってエバネッセント光の伝搬が緩やかに起こるため、ギャップの減少に伴う全反射光の減少も緩やかとなる。すなわち、ギャップが状態（３）から状態（２）および状態（１）へ変化しても、全反射光の減少はそれほど顕著には起こらない。

なお、同図に示す例では、状態（２）のときに、全反射光の状態が、同図（ａ）（ｂ）（ｃ）において一致している。すなわち、波面変換素子による波面収差作用を受けない場合の全反射光と、レーザ光の外周部に図６における効果Ａの波面収差作用を付与したときの全反射光と、レーザ光の外周部に図６における効果Ｂの波面収差作用を付与したときの全反射光は、ＳＩＬ１０９の平面とディスク面の間のギャップが状態（２）にあるときに、互いに強度が一致する。

図８は、レーザ光の外周部に効果Ａと効果Ｂの波面収差作用を付与した場合のギャップと全反射光の光量の関係（破線および点線）を示す。なお、同図上段には、レーザ光の外周部に波面収差作用を付与しない場合のギャップと全反射光の光量の関係（実線）が併せて示されている。また、図中（１）（２）（３）は、図７における状態（１）（２）（３）のギャップ状態を示している。

レーザ光の外周部に効果Ａと効果Ｂを付与したときの全反射光の光量を互いに減算すると、同図下段の波形が得られる。この波形は、図示の如く、ギャップの変化に伴ってＳ字状に変化する。したがって、図５（ａ）に示す波面変化領域Ａ、Ｂにそれぞれ効果Ａ、Ｂを付与し、波面変化領域Ａを通過したレーザ光の全反射光と波面変化領域Ａを通過したレーザ光の全反射光がそれぞれ図２に示すセンサーパターン１１４ａのセンサーＧＡ、ＧＢに導かれるよう波面変換素子１０６と光検出器１１４の配置を調整すれば、減算回路２０５から出力される差分信号は、図８下段と同様に、ギャップの変化に伴ってＳ字状に変化する。そして、この差分信号のゼロクロス位置がＳＩＬ１０９のオンフォーカス位置となるよう光学系を設定することにより、この差分信号をもとにＳＩＬ１０９に対してフォーカスサーボを掛けることができる。

図９に、波面変換素子１０６の具体的設計例を示す。

この設計例では、波面変換領域Ａ、Ｂを通過した後のレーザ光が図３に示すＳＩＬ１０９の平面に入射する際の入射角が、波面変換領域Ａ、Ｂを通過しない場合のレーザ光の入射角に対して、それぞれ、図９（ａ）（ｂ）に示すように変化するような波面収差作用が、これら波面変換領域Ａ、Ｂに付与されている。なお、同図の横軸には、波面変換素子１０６に対するレーザ光の入射位置が図３における開口数として示されている。

この設計例に従って波面変換素子１０６を設計すると、波面変化領域Ａを通過したレーザ光の全反射光と波面変化領域Ｂを通過したレーザ光の全反射光の光量は、ギャップの変化にともなって、図１０に示すように変化する。この場合、これら全反射光の光量差分は、同図に示すように、ギャップが１００ｎｍのときにゼロクロスするＳ字状に変化する。よって、図２に示す減算回路２０５からは、ギャップが１００ｎｍのときにゼロクロスするＳ字状の差分信号が出力される。したがって、この設計例は、ギャップが１００ｎｍのときにレーザ光が光記録媒体の記録面上にオンフォーカスするよう光学系が設計されている場合に適用される。なお、レーザ光がオンフォーカスするときのギャップが１００ｎｍ以外の値をとる場合には、それに応じて、図９に示す入射角度の変化量の傾向を変更すれば良い。

以上、本実施の形態によれば、Ｓ字波形をとる信号に基づいて、ＳＩＬ１０９とディスク面の間のギャップおよび光記録媒体の記録面に対するレーザ光のフォーカスずれを検出することができる。ここで、この検出は、上記特許文献１のように基準信号との対比において行われるものではないため、電気的なノイズやオフセットによる誤差を抑制することができる。したがって、本実施の形態によれば、ＳＩＬ１０９のフォーカス制御を高精度に行うことができる。

また、本実施の形態では、ＳＩＬ１０９の平面に臨界角以上で入射するレーザ光の通過領域を全てカバーするように波面変換領域Ａ２、Ｂ２が設定されているため、全反射光の全ても用いて、フォーカスエラー信号を生成することができ、よって、フォーカスエラー信号の振幅を高めることができる。よって、光記録媒体の記録面に対するレーザ光のフォーカス制御を円滑に行うことができる。

また、本実施の形態では、波面変換領域Ａ２、Ｂ２を通過した波面の凹凸状態が互いに逆転するよう波面変換素子１０６が構成されているため、減算回路２０５によって減算された後の差分信号（フォーカスエラー信号）の振幅を大きくすることができる。よって、光記録媒体の記録面に対するレーザ光のフォーカス制御を円滑に行うことができる。

さらに、本実施の形態では、ＳＩＬ１０９を保持するホルダー１０８に波面変換素子１０６が一体的に装着されているため、ＳＩＬ１０９と波面変換素子１０６の間の光軸ずれを抑制することができる。よって、この光軸ずれによって発生するフォーカス制御の精度の低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、波面変換素子１０６によって波面変換されたレーザ光の外周部がエバネッセント光として光記録媒体上に導かれるため、この外周部によって生じる収差が光ピックアップ装置の光学特性に何らかの影響を及ぼすことが考えられる。この影響を抑制する場合には、波面変換領域Ａ２、Ｂ２の形成領域を減少させれば良いが、この場合には、波面変換領域Ａ２、Ｂ２の形成領域の減少に伴って、差分信号（フォーカスエラー信号）の振幅が小さくなり、フォーカスエラー信号がノイズによる影響を受けやすくなる。よって、この場合には、上記収差に基づく光学特性への影響と、フォーカスエラー信号に対するノイズの影響とを対比しながら、波面変換領域Ａ２、Ｂ２の形成領域を適宜設定するようにすればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記以外に種々の形態をとることができる。

たとえば、上記実施の形態では、ＳＩＬ１０９を用いた光学系を示したが、図１１に示すように、ＳＩＬ１０９をＳＩＭ１２０に置き換えることもできる。

また、上記実施の形態では、ＳＩＬ１０９の平面に臨界角以上で入射するレーザ光の通過領域を全てカバーするように波面変換領域Ａ２、Ｂ２を設定するようにしたが、波面変換領域Ａ２、Ｂ２の何れか一方のみを形成するようにしても良く、また、図５（ａ）の斜線領域のうち一部に波面変換領域を設定するようにしても良い。つまり、光検出器１１４上において、フォーカスエラーに基づく強度差が収束スポット上に生ずれば良い。ただし、上記実施の形態にようにＳＩＬ１０９の平面に臨界角以上で入射するレーザ光の通過領域を全てカバーするように波面変換領域Ａ２、Ｂ２を設定すると、差分信号（フォーカスエラー信号）の振幅を最大にでき、よって、最も円滑なフォーカス制御動作を実現できる。

この他、本発明は、上記以外の光学系にも適宜適用することができ、また、光アシスト型磁気記録装置にも適用可能である。さらに、本発明に係るギャップ検出方法および焦点調節装置は、光ピックアップ装置以外にも適宜適用可能である。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図 実施の形態に係る信号生成回路の構成を示す図 実施の形態に係るＳＩＬと全反射光の関係を説明する図 実施の形態に係るエバネッセント光の伝搬量とギャップの関係を示す図 実施の形態に係る波面変換素子の構成を示す図 実施の形態に係る波面変換素子によって付与される波面変換作用とエバネッセント光の伝搬量の関係を示す図 実施の形態に係るＳＩＬの平面上における全反射光の変化を模式的に示す図 実施の形態に係るレーザ光の外周部に効果Ａと効果Ｂの波面収差作用を付与した場合のギャップと全反射光の光量の関係を示す図 実施の形態に係る波面変換素子の具体的設計例を示す図 図９に従って設計された波面変換素子を用いた場合の全反射光の光量変化を示す図 実施の形態に係るＳＩＭを用いた場合の構成例を示す図

符号の説明

１０１ 半導体レーザ
１０６ 波面変換素子
１０８ ホルダー
１０９ ＳＩＬ
１１０ ＳＩＬアクチュエータ
１１４ 光検出器
１２０ ＳＩＭ
２０８ 減算回路
３０２ サーボ回路

Claims (11)

1. ソリッドイマージョンレンズまたはソリッドイマージョンミラーのレーザ光出射平面と該レーザ光が照射される被照射面との間のギャップ量を検出するギャップ検出方法において、
   前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のうち第１の領域のレーザ光の波面状態と第２の領域のレーザ光の波面状態を相違させ、前記第１の領域のレーザ光と前記第２の領域のレーザ光の前記レーザ光出射平面によって全反射された光の強度の差分に基づいて、前記レーザ光出射平面と前記被照射面の間のギャップ量を検出する、
   ことを特徴とするギャップ検出方法。
2. 請求項１において、
   前記第１の領域と前記第２の領域は、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のビーム領域を２分割したものである、
   ことを特徴とするギャップ検出方法。
3. 請求項１または２において、
   前記第１の領域のレーザ光の波面と第２の領域のレーザ光の波面は、凹凸状態が互いに逆転している、
   ことを特徴とするギャップ検出方法。
4. ソリッドイマージョンレンズまたはソリッドイマージョンミラーのレーザ光出射平面から出射されるレーザ光の焦点を目標面上に位置付けるための焦点調節装置において、
   前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーを前記目標面に対して光軸方向に相対的に変位させるアクチュエータと、
   レーザ光源と前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーとの間に配され、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のうち第１の領域のレーザ光の波面状態と第２の領域のレーザ光の波面状態を相違させる波面変換素子と、
   前記第１の領域のレーザ光と前記第２の領域のレーザ光の前記レーザ光出射平面によって全反射された光をそれぞれ受光してその電気信号を出力する第１および第２の受光素子と、
   前記第１および第２の受光素子から出力される電気信号の差分に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
   を有することを特徴とする焦点調節装置。
5. 請求項４において、
   前記第１の領域と前記第２の領域は、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のビーム領域を２分割したものである、
   ことを特徴とする焦点調節装置。
6. 請求項４または５において、
   前記第１の領域のレーザ光の波面と第２の領域のレーザ光の波面は、凹凸状態が互いに逆転している、
   ことを特徴とする焦点調節装置。
7. 請求項４ないし６の何れか一項において、
   前記波面変換素子は、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーを保持するホルダーに一体的に装着されている、
   ことを特徴とする焦点調節装置。
8. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を記録媒体上に収束させるソリッドイマージョンレンズまたはソリッドイマージョンミラーと、
   前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーをサーボ信号に応じて少なくとも光軸方向に変位させるアクチュエータと、
   前記レーザ光源と前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーとの間に配され、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーのレーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のうち第１の領域のレーザ光の波面状態と第２の領域のレーザ光の波面状態を相違させる波面変換素子と、
   前記第１の領域のレーザ光と前記第２の領域のレーザ光の前記レーザ光出射平面によって全反射された光をそれぞれ受光してその電気信号を出力する第１および第２の受光素子と、
   を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 請求項８において、
   前記第１の領域と前記第２の領域は、前記レーザ光出射平面に臨界角以上の入射角で入射するレーザ光のビーム領域を２分割したものである、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項８または９において、
    前記第１の領域のレーザ光の波面と第２の領域のレーザ光の波面は、凹凸状態が互いに逆転している、
    ことを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項８ないし１０の何れか一項において、
    前記波面変換素子は、前記ソリッドイマージョンレンズまたは前記ソリッドイマージョンミラーを保持するホルダーに一体的に装着されている、
    ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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