JPH11176027A - 光ディスクの原盤露光装置の光スポット観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原盤露光装置に大型のボイスコイルを必要と
せず、原盤露光装置の対物レンズ光スポットを安定して
観察でき、更に露光用ビームとフォーカシング用ビーム
の焦点位置のずれを直接観察できる観察装置を提供す
る。 【解決手段】 原盤露光装置に設置された露光用の対物
レンズ１１に対向して、対物レンズ１１によって形成さ
れる光スポット１２を集光するモニタ用の対物レンズ１
３と、対物レンズ１３から入力される光を観察するモニ
タ装置１５、１６と、対物レンズ１３を対物レンズ１１
の光軸に平行と垂直な平面上の２方向に移動可能な駆動
装置３２、３３、３４とを備えさせることで、対物レン
ズ１３を駆動して合焦状態を保持して、対物レンズ１１
の駆動装置には状態維持用の電流を流す必要が無くな
り、対物レンズ１１の位置ずれによるフォーカシングの
状態変化が無くして、安定して原盤露光装置の対物レン
ズ１１の光スポットの直接の観察が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクの原盤
露光装置の調整装置に関し、更に詳しくは、光ディスク
の原盤作成時の原盤を露光させる光スポットの観察装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ディスクの原盤露光装置には、
光スポットのフォーカシングを観察するための対物レン
ズを備えた光ピックアップを原盤露光装置に有してお
り、原盤露光装置の駆動機構により原盤との距離を光ピ
ックアップの対物レンズの焦点距離に一定に保つように
その駆動機構を駆動することで、原盤露光のためのフォ
ーカシング状態を直接に観察できるようになっている。
原盤露光装置のフォーカシングを観察するための対物レ
ンズは、一般的な光ディスクドライブ装置のピックアッ
プ用対物レンズと比較して高い開口数（Ｎｕｍｂｅｒ
ｏｆ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：以下、単にＮＡと記載す
る。）となるため、対物レンズの寸法や重量は大きく重
たくなる。例えば、光ディスクドライブ装置のピックア
ップ用対物レンズのＮＡは０．４〜０．６程度であるの
に対して、原盤露光装置用の対物レンズは０．９以上に
なっている。そのため、光ディスクドライブ装置用の対
物レンズは非球面の１枚構成で良いのに対して、原盤露
光装置用の対物レンズは、一例を挙げると、７群１０枚
という構成になる。その原盤露光装置用対物レンズの光
ディスクドライブ装置に対する体積比や重量比は、約５
０倍にも達することになる。原盤露光装置では、上記の
ように重量の大きい対物レンズを駆動する必要があるた
め、その対物レンズアクチュエータも大形のものが要求
される。その原盤露光装置用の大形の対物レンズアクチ
ュエータとしては、ボイスコイルを駆動源とするものが
一般的であり、ボイスコイルに流す電流の値により駆動
する量を制御している。上記のような、従来の原盤露光
装置におけるように大形の対物レンズアクチュエータを
駆動してフォーカシングを行った場合には、原盤露光時
には定電流を流して対物レンズの位置を合焦位置に固定
する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように大きい対物レンズを駆動するための大型の対物レ
ンズアクチュエータにおいては、定電流によるボイスコ
イルの発熱も無視できないほど大きく、その発熱によ
り、ボイスコイルの抵抗値が変化するので、定電流値も
徐々に変化して、最終的に対物レンズアクチュエータに
よる対物レンズの合焦位置がずれてフォーカシングの安
定した観察ができなくなる。又は、ボイスコイルの発熱
が表面からの熱発散と同レベルになり、温度上昇が飽和
して熱的に安定するのを待つ場合には、対物レンズアク
チュエータによる対物レンズのフォーカシングに相当に
時間がかかることになる。更に、原盤露光装置の露光用
ビームの波長と、フォーカシング用のビームの波長は一
般的に異なり、原盤露光装置の対物レンズには色収差が
有ることから、露光用ビームとフォーカシング用ビーム
では、光スポットの焦点の位置がずれることがある。例
えば、原盤露光装置の露光用ビームの波長をλ１とし、
フォーカシング用のビームの波長をλ２として、典型的
な数値であるλ１≒４００ｎｍ、λ２≒８００ｎｍとす
ると、それらの焦点の位置は、最大で数ミクロン程度ず
れることになる。従来の原盤露光装置では、フォーカシ
ング用のビームの焦点位置に合わせて観察すると、実際
には露光用のビームの焦点とずれた位置を観察すること
になっていた。本発明は、上記問題を解決するために、
原盤露光装置に大型のボイスコイルを必要とせず、原盤
露光装置の対物レンズ光スポットを安定して観察でき、
更に露光用ビームとフォーカシング用ビームの焦点位置
のずれを直接観察できる観察装置を提供する課題とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の請求項１の原盤露光装置の下光スポット
観察装置では、原盤露光装置に設置された露光用の第１
の対物レンズに対向して、第１の対物レンズによって形
成される光スポットを集光するモニタ用の第２の対物レ
ンズと、第２の対物レンズから入力される光を観察する
モニタ装置と、第２の対物レンズを第１の対物レンズの
光軸に平行な方向に移動可能な第１の駆動装置と、第２
の対物レンズを第１の対物レンズの光軸に垂直な平面上
において２方向に移動可能な第２の駆動装置とを備えた
ことを特徴とし、上記構成により、第２の対物レンズを
駆動して合焦状態を保持する。請求項２の原盤露光装置
の下光スポット観察装置では、第２の対物レンズを、そ
の第２の対物レンズの光軸について２軸であおることが
可能な２軸あおり装置を備えたことを特徴とし、上記構
成により、第１の対物レンズの光軸に対する、第２の対
物レンズの光軸の傾きを補正することができる。請求項
３の原盤露光装置の下光スポット観察装置では、倍率を
異ならせて複数とした第２の対物レンズと、複数の第２
の対物レンズの選択装置とを備えたことを特徴とし、上
記構成により、低倍率の第２の対物レンズと、高倍率の
第２の対物レンズを切り替えて使用することができるよ
うになる。請求項４の原盤露光装置の下光スポット観察
装置では、モニタ装置における、光スポットのピーク値
と位置を検出可能なピーク検出装置を備えた備えたこと
を特徴とし、上記構成により、光スポットのピーク値を
検出できることで合焦状態の検出が容易になると共に、
光スポットのピーク位置を検出できる。請求項５の原盤
露光装置の下光スポット観察装置では、ピーク値から光
スポットの径を検出する計測手段と、光スポットの径の
実寸法への換算手段とを備えたことを特徴とし、上記構
成により、光スポットの径の計測と実寸法への換算を行
うことができる。請求項６の原盤露光装置の下光スポッ
ト観察装置では、第１の駆動装置に、変位計測装置を備
えたことを特徴とし、上記構成により、第１の対物レン
ズの光軸に平行な方向への第２の対物レンズの移動した
量を知ることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて本発明の実施の
形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の基本的
な構成を示す図である。露光用対物レンズ１１は、光デ
ィスクの原盤露光装置に設置された後述する光ディスク
のガラス原盤１８に信号を露光させるための対物レンズ
である。光スポット１２は、露光用対物レンズ１１によ
りその焦点に形成された光の結像点である。モニタ用対
物レンズ１３は、光スポット１２の像を集光するための
レンズであり、例えば、光学顕微鏡用の対物レンズであ
り、例えば、２０倍や２００倍の顕微鏡用対物レンズで
ある。ホルダー３１は、モニタ用対物レンズ１３を支持
するもので、例えば、光学顕微鏡の対物レンズの台座等
である。Ｚステージ駆動装置３２、Ｙステージ駆動装置
３３、Ｘステージ駆動装置３４は、それぞれ、ホルダ３
１及びその上に支持されたモニタ用対物レンズ１３をＺ
方向、Ｙ方向、Ｘ方向に変位させるための駆動装置であ
り、駆動装置としては、例えば、モータや圧電材料を積
層した圧電アクチュエータ等である。リレーレンズ１４
は、導かれた光路の光を後述するカメラ１５の撮像素子
等に結像させるためのレンズである。一例としてのこの
レンズの倍率は１０倍程度である。カメラ１５は、例え
ば、数万画素や数１０万画素等の画素を配設したＣＣＤ
撮像素子を用いたビデオカメラである。表示装置１６
は、例えば、コンピュータ装置等用のビデオモニタであ
る。折り曲げミラー１７は、モニタ用対物レンズ１３で
集光された光の光路を変更するためのもので、リレーレ
ンズ１４に光路を導くためのものである。光ディスクガ
ラス原盤１８は、大量に製造される光ディスクの元型と
して、原盤露光装置で信号を書き込み可能なガラス原盤
である。

【０００６】上記の各構成による動作としては、次のよ
うになる。光ディスクの原盤露光装置の露光用対物レン
ズ１１の光スポット１２の先に、露光用対物レンズ１１
に対向させて、モニタ用対物レンズ１３を配置する。モ
ニタ用対物レンズ１３はホルダ３１に取り付けられて、
ホルダ３１には、露光用対物レンズ１１の光軸に対して
平行なＺ方向に駆動可能なＺステージ駆動装置３２と、
Ｚ方向に垂直な平面上の直行する２方向のＸ方向とＹ方
向に駆動可能なＸステージ駆動装置３４及びＹステージ
駆動装置３３が取り付けられて、モニタ用対物レンズ１
３をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに変位を可能に
している。尚、各ステージ駆動装置の積層順は任意であ
る。各駆動装置３２、３３、３４により、露光用対物レ
ンズ１１の光軸とモニタ用対物レンズ１３の光軸は一致
させられ、光スポット１２の像がモニタ用対物レンズ１
３で集光される。モニタ用対物レンズ１３で集光された
光スポットの像は、折り曲げミラー１７で反射して方向
を変えてリレーレンズ１４に導かれる。リレーレンズ１
４の焦点により、導かれた光スポットの像はカメラ１５
の入力部で結像させられて、表示装置１６に送られて表
示させられ、表示装置１６上の視野に光スポット１２の
像が写るように、各駆動装置３２、３３、３４によりモ
ニタ用対物レンズ１３を変位させることで、露光用対物
レンズ１１が合焦状態の光スポット１２の像を表示装置
１６の上で直接に観察することが可能になる。

【０００７】図２は、露光用対物レンズの光軸に対して
モニタ用対物レンズの光軸が傾いている場合を説明する
図である。図２（ａ）のように露光用対物レンズ１１の
光軸に対してモニタ用対物レンズ１３の光軸が傾いてい
る場合には、図１の各駆動装置３２、３３、３４の直線
方向の変位ではその補正はできないので、回転方向に変
位させて、図２（ｂ）のように露光用対物レンズ１１の
光軸に対してモニタ用対物レンズ１３の光軸を一致させ
ることができる変位手段が必要になる。本実施形態で
は、そのような回転方向の変位が可能な２軸のあおり調
整手段として、２軸のゴニオステージ駆動装置を用いる
こととした。図３は、図１の各駆動手段に２軸のゴニオ
ステージを追加した構成の図である。図１のＺステージ
駆動装置３２、Ｙステージ駆動装置３３、Ｘステージ駆
動装置３４に、２軸のゴニオステージ駆動装置３５、３
６を加えることで、図２に示したように露光用対物レン
ズ１１の光軸に対してモニタ用対物レンズ１３の光軸光
軸が傾いている場合にも対応して補正が可能になる。

【０００８】図４は、図１のホルダ３１を複数のモニタ
用対物レンズ１３の切替え可能な切替ホルダ４１とした
図である。切替ホルダ４１は、例えば、倍率が可変の光
学顕微鏡における回転ダイヤル式の対物レンズホルダで
あり、ホルダ上の一定半径円周上に複数のモニタ用対物
レンズ１３が配置されて、そのホルダを回転させること
で、倍率の異なるモニタ用対物レンズ１３を切り替える
ことができる。低倍率モニタ用対物レンズ４２は、例え
ば、２０倍の光学顕微鏡用の対物レンズである。高倍率
モニタ用対物レンズ４３は、例えば、２００倍の光学顕
微鏡用の対物レンズである。上記構成で、光スポット１
２の観察を行う場合には、はじめに低倍率モニタ用対物
レンズ４２で、表示装置１６上に光スポットの像を写し
出してＸ方向とＹ方向の位置決めを行い、次に切替ホル
ダ４１を回転させて高倍率モニタ用対物レンズ４３とし
て、光スポット１２を観察する。その際に、光軸にずれ
が認められる場合には、Ｚステージ駆動装置３２を用い
て合焦状態をずらし、２軸（αβ）ゴニオステージを調
節することで補正をおこなうことができる。

【０００９】例えば、図１のＮＡ＝０．９の露光用対物
レンズ１１としてリレーレンズ１４を１０倍とし、図１
のホルダ３１に変えて図４の低倍率モニタ用対物レンズ
４２と高倍率モニタ用対物レンズ４３を２０倍と２００
倍とする。その際の光スポットの光軸方向への駆動手段
としては、位置サーボ付きのピエゾＺステージを使用し
て、ピエゾ素子への供給電圧を制御してモニタ用対物レ
ンズ（切替ホルダ４１と共に）が光スポットの光軸方向
に微動可能とする。また、光スポットの光軸と直交する
２方向（Ｘ方向Ｙ方向）への駆動手段には、モータ付き
ＸＹステージを使用する。切替ホルダ４１と各対物レン
ズ４２、４３は上記したように倍率可変の光学顕微鏡の
ホルダや対物レンズと同様に取り付けられて、ホルダの
回転により任意に選択を可能とする。この構成では、ま
ず、低倍率モニタ用対物レンズ４２を使って表示装置１
６であるモニタ装置（視野は約１００ミクロン平方）の
中央に光スポットの像が写し出されるようにＸＹステー
ジを調整する。続いて倍率モニタ用対物レンズ４３に切
替えてモニタ装置（視野は約１０ミクロン平方）の中央
に光スポットの像が写し出されるように再度ＸＹステー
ジを微調整する。発明者の上記構成による実験では、計
算上約０．４ミクロンとなる合焦状態の露光用スポット
像を直接にモニタ装置に写し出し、安定した状態で光ス
ポット１２を観察することができた。また、露光用対物
レンズ１１とモニタ用対物レンズ１３との光軸のずれ
は、ピエゾＺステージを駆動して合焦状態をずらし、モ
ニタ装置上の光スポットの像の位置にずれが起きないよ
うに２軸（αβ）ゴニオステージを調節してキャンセル
することができた。

【００１０】図５は、光スポットの像が入力されるカメ
ラの出力信号を示す図である。光スポットの像を写すカ
メラ１５の出力信号から強度（＝輝度）のピーク値５１
と、ピーク位置５２（カメラ上の画素の位置）を検出す
るピーク検出手段を付加し、検出したピーク値及びピー
ク位置を、例えば、表示装置１６であるモニタ装置に表
示する。光スポット像のピーク値は合焦状態で最大値を
示すので、ピーク値が最大値を示すようにモニタ用対物
レンズ１３をＺステージ駆動装置３２で調節して合焦状
態の調節をする。また、合焦状態を変化させた場合のピ
ーク位置のずれについては、露光用対物レンズ１１の光
軸に対するモニタ用対物レンズ１３の光軸の傾きの存在
を示すので、ピーク位置のずれが無くなるようにモニタ
用対物レンズ１３の傾きを２軸ゴニオステージ駆動装置
３５、３６を用いて調整する。上記のようにすること
で、第１の対物レンズの光軸に対する、第２の対物レン
ズの光軸の傾きの補正が容易にすることができる。光ス
ポットの径の実寸法を求めるためには、例えば、まず、
光ディスクの原盤露光用のレーザービームのほとんどの
場合のカメラ１５の出力信号は、図５に示すようにガウ
ス分布になるので、カメラ１５の出力信号から検出され
た光スポットの像の強度のピーク値５１に対し、強度相
対値が０．５もしくは１／ｅ＾２となる２点間の距離
（カメラ上の画素数５３）を検出する光スポット径の計
測手段を付加する。さらに、光スポットの像の移動によ
るピーク位置５２の移動量を、カメラ１５上の画素数で
計測すると共に、光スポットの位置の実際の移動量と光
スポットの像の移動した画素数の換算計数を算出する換
算手段を付加する。そして、画素数で計測される光スポ
ットの径を算出した換算計数により実際の寸法として換
算することで、光スポットの径の実寸法が求まる。

【００１１】例えば、図４の説明中の例の構成におい
て、カメラ１５と表示装置１６の間に画像処理装置を配
する。その画像処理装置は、カメラ１５の出力信号から
輝度ピーク値とカメラ上の輝度ピーク画素位置を検出す
る機能を有する。輝度ピーク値と輝度ピーク画素位置は
表示装置１６上に光スポットの像と重なって表示され
る。輝度ピーク値が最大となる位置までモニタ用対物レ
ンズ１３を光軸と平行な方向にＺステージ駆動装置で駆
動する。また、合焦状態を変化させても輝度ピークの画
素の位置がずれないようにモニタ用対物レンズ１３の傾
きを２軸ゴニオステージ駆動装置３５、３６で調整す
る。使用する画像処理装置には、スポット径の測定機能
を有するようにし、輝度のピーク値５１から２直交（Ｘ
Ｙ）方向のスポット径（ピーク値の０．５及び１／ｅ＾
２）をカメラ１５上の画素数で計測でき、実際の移動量
と画素の移動量の換算計数を指定することで、光スポッ
トの径を実寸法で計測することができる。尚、予めＸＹ
ステージで光スポットの像を一定量だけ移動させて移動
する画素数を計測し、実寸法への換算計数を求めて設定
するようにした。このことにより、上記の図４の説明中
の例で観察した露光用対物レンズ１１による光スポット
の径を０．０１ミクロン以下の精度で実寸法とし計測す
ることができた。

【００１２】光ディスクの原盤露光装置の露光用ビーム
とフォーカシング用ビームの光スポットの合焦位置のず
れの量を得るためには、モニタ用対物レンズ１３のＺス
テージ駆動装置３２に変位計測手段を付加する。原盤露
光装置の露光用ビームとフォーカシング用ビームを合焦
状態にした時の変位の差から両方のビームの焦点の位置
のずれを計測することができる。例えば、上記の画像処
理装置を配した例の構成で変位量の計測と表示ができる
位置サーボ付きのピエゾＺステージを用い、モニタ用対
物レンズ１３が光スポットの光軸方向に微動できるよう
にする。原盤露光装置の露光ビームとフォーカシングビ
ームの合焦位置は、一方のビームを遮光して別々に計測
する。ここで、露光用ビームの波長λ１＝４１３ｎｍと
し、フォーカシング用のビームの波長λ２＝７８０ｎｍ
とした場合、約１．５ミクロンの焦点位置のずれが計測
できた。

【００１３】

【発明の効果】請求項１の原盤露光装置の下光スポット
観察装置では、露光用対物レンズのＸＹＺ方向の駆動装
置には状態保持用の電流を流す必要が無くなり、その結
果、露光用の対物レンズの位置ずれによるフォーカシン
グの状態変化が無くなるので、安定した原盤露光装置の
露光用の対物レンズの光スポットの観察が可能になる。
請求項２の原盤露光装置の下光スポット観察装置では、
光軸の傾きによるモニタ用の対物レンズの収差の光スポ
ットへの影響を抑えることができる。請求項３の原盤露
光装置の下光スポット観察装置では、モニタ装置の画像
範囲に光スポットの像を写し出すための位置決め操作を
容易に行うことができる。請求項４の原盤露光装置の下
光スポット観察装置では、露光用の対物レンズの光軸に
対する、モニタ用の対物レンズの光軸の傾きの補正が容
易になる。請求項５の原盤露光装置の下光スポット観察
装置では、光スポットの径の実寸法がわかる。請求項６
の原盤露光装置の下光スポット観察装置では、光ディス
クの原盤露光装置の露光用ビームとフォーカシング用ビ
ームの光スポットの合焦位置をそれぞれ計測すること
で、両ビームの合焦位置のずれの量がわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の基本的な構成を示す図で
ある。

【図２】(a) 及び(b) は露光用対物レンズの光軸に対し
てモニタ用対物レンズの光軸が傾いている場合を説明す
る図である。

【図３】図１の各駆動手段に２軸のゴニオステージを追
加した構成の図である。

【図４】図１のホルダ３１を複数のモニタ用対物レンズ
１３の切替え可能な切替ホルダ４１とした図である。

【図５】光スポットの像が入力されるカメラの出力信号
を示す図である。

【符号の説明】

１１・・・露光用対物レンズ、１２・・・光スポット、
１３・・・モニタ用対物レンズ、１４・・・リレーレン
ズ、１５・・・カメラ、１６・・・表示装置、１７・・
・折り曲げミラー、１８・・・光ディスクガラス原盤、
３１・・・ホルダ、３２・・・Ｚステージ駆動装置、３
３・・・Ｙステージ駆動装置、３４・・・Ｘステージ駆
動装置、３５、３６・・・２軸ゴニオステージ駆動装
置、４１・・・切替ホルダ、４２・・・低倍率モニタ用
対物レンズ、４３・・・高倍率モニタ用対物レンズ、５
１・・・ピーク値、５２・・・ピーク位置、５３・・・
カメラ上の画素数

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原盤露光装置に設置された露光用の第１
   の対物レンズに対向して、該第１の対物レンズによって
   形成される光スポットを集光する第２の対物レンズと、 前記第２の対物レンズから入力される光を観察するモニ
   タ手段と、 前記第２の対物レンズを、前記第１の対物レンズの光軸
   に平行な方向に移動可能な第１の駆動手段と、 前記第２の対物レンズを、前記第１の対物レンズの光軸
   に垂直な平面上において２方向に移動可能な第２の駆動
   手段と、 を備えたことを特徴とする光ディスクの原盤露光装置の
   光スポット観察装置。
2. 【請求項２】 前記第２の対物レンズを、該第２の対物
   レンズの光軸について２軸であおることが可能な２軸あ
   おり手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光
   ディスクの原盤露光装置の光スポット観察装置。
3. 【請求項３】 倍率を異ならせて複数とした前記第２の
   対物レンズと、 前記複数の第２の対物レンズの選択手段とを備えたこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光ディスクの原盤
   露光装置の光スポット観察装置。
4. 【請求項４】 前記モニタ手段における、前記光スポッ
   トのピーク値と位置を検出可能なピーク検出手段を備え
   た備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に
   記載の光ディスクの原盤露光装置の光スポット観察装
   置。
5. 【請求項５】 前記ピーク値から光スポットの径を検出
   する計測手段と、 前記光スポットの径の実寸法への換算手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項４に記載の光ディスクの原盤露光
   装置の光スポット観察装置。
6. 【請求項６】 前記第１の駆動手段に、変位計測手段を
   備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記
   載の光ディスクの原盤露光装置の光スポット観察装置。