WO1997033276A1

WO1997033276A1 - Appareil de mise au point et appareil optique dans lequel il est utilise

Info

Publication number: WO1997033276A1
Application number: PCT/JP1997/000629
Authority: WO
Inventors: Yoriyuki Ishibashi
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1997-09-12
Also published as: EP0886267A1; TW334514B; KR100299322B1; JP3128247B2; CN1212780A; CN1122981C; KR19990087403A; AU1813097A; EP0886267A4; US5905699A

Description

明細害フォー力シング装置およびこれを用いた光ディスク装置

[技術分野]

本発明は、ディジタル ·ヴアーサタル ·ディスク（Digital Versatile Disc、以後、 DVDと略記する）に対して信号の 15^·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。

この新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、 D VD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 (nun) である。ただし、 DVDにおいては記録容量を增大させるために、 0. 6 (mm) のディスクを 2枚貼り合わせることによって、両面を使つて記録 ·再生が行える構成を採用している。一方、記録 ·銃出しに使われるレ一ザビームの中心波長は 650/635(nm)、記録，銃出しに使われる対物レンズの開口数（M)は 0. 6、トラックピッチは 0. 74 ( m) 、最短ピット長 0. 4 Cum 、最長ビッ卜長 2. 13 (βΐη) である。このような仕様によつて、片面 4ギガバイト以上の容量を実現している。

ところで、上記仕様から判るように、 DVDは、従来の CDに比べて、記録層の深さ、つまり基板の表面から反射記録雇までの深さ力、'約 1/2で、最短ピット長およびトラックピッチも約 1 Z2である。また、記録 *铳出しに使われるレ一ザビームの中心波長も、 C Dの場合の 7 8 0 (nm)に比べて大幅に短い。このため、従来の C Dブレヤーと同様な手法でフォ一カスエラ一信号を取得しょ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銃出す場合、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 TO光が光デイスク内に形成されている反射記録 β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等によって左右される。

今まで知られている D VDプレーヤでは、 C Dプレーヤと同様な手法でフォ一力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つ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超があつた。

[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力《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再生力《行える D VD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铳取り装匱に供給され、他方においては対物レンズのフォーカスエラ一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ス。、その半値幅を Δス、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厶ス力、'、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≥λ。²Ζ {2h (η₂ ²-ΝΑ²) °· ⁵} … ）なお、 Δλには自ずと上限がある。すなわち、厶； I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 dmaxを与える条件によつて制限される。具体的には、対物レンズの焦点距離を f、前記; 、 M、 dma xに基づいて決定される最大半値幅厶スを求めるための一般関数式を gとしたとき、半値幅厶 Iは、

A ≤g (λο. NA, f , dmax)

力、'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、再び透明材層を通つ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（ただし、 sin0 M) 、空気の屈折率を i 、透明材層における屈折角度を ₂として、 U,と U₂との光路差 ALを求めると、この光路差は (2)式で示される。

AL = 2 · n₂ · h 'Cos6₂ 〜（2) また、スネルの法則より、

n 1 · sin^ j = n 2 · sin^ 2 ·'·(3) 力、'成り立つ。

—方、レーザビームの可干渉距離 Lcは、

〜（4) で示される。

したがって、もしも、光路差か^!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餍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 J!^S 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低下およびジッ夕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一カスエラー信号へ及ぼす影謇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 n ₂の基板より屈折率の空気側に出射する全光束の強度 I rは次式で示される。

I r = {4R · sin² · δ/2 · Ii}/ {(1-H)2+ 4 R · sin² · 6/2} ."(5)

(5)式において、 I iは入射光強度、 Rは空気（屈折率 η,) と基板（屈折率 η₂) との境界面での反射率を示す。また、 5は境界面での反射光 U!と情報記録面である反射雇での反射光 U ₂との位相差に関係し、次の式で与えられる。

<5= (2 π/λο · Δί= (4 π η₂/λ₀) h · cos θ ₂ ·'·(6)

(2)式より、（6)式は、次のようになる。

δ= (4 ττ/λο) h -

°· ⁵ … ） (5)式から、位相差 Sが 0から 7Γまで変化すると、干渉 ¾S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 · 暗の周期厶 hは、

Δ h = λ ₀/ {4(η₂ ²-η,² - sin² θ °· ⁵} (8) で与えられる。

(8)式の , n₂ および 0 !値として、それぞれ η,: 1 (空気）、 n₂=l. 5 (基板材料）、 et-O SS.gdeg (DVD規格では NA^ -sinG! であり、これより最大入射角が求まる）を代入すると、干渉縞明暗の周期厶 hの最小値および最大値は、それぞれ

i₀Z5. 5となる。 D V D規格によれば、使用レーザビームの中心波長は、ス。 =650/635(n m)である。したがって、中心波長ス ₀ =635(nm)のレーザビームを使用した場合には、厶 hmin=0. 105 ί μ πι 、厶 hmax=0. 115 O m) となる。このように、 △ hminと A hma との差は僅かに 0. 01 ( πι) である。このため、開口数 ΝΑ= 0. 6 の範囲内に存在する光束はほぼ同じ A h (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、干渉縞は饅大幅で明から暗へと変化し、その結果、フォーカスエラ一信号も変動することになる。

しかし、この発明では、半値幅厶スが (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 A Lよりも可干渉距離 L c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力河能となり、再生信号の S ZN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 D V Dの斜視図。図 3は、図 2に示される D V D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一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 ·銃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ォードのパワースぺクトルを示す図。

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ぺクトルを示す図。

図 9は、図 8に示す特性のレーザダイォ一ドを使用したときに得られるフォ一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ィォ一ドのパワーぺクトルを示す図。

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 —ザダイォードのパワースぺクトルを示す図。

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ぺクトルを示す図。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ビットを持つとともに光を反射させる反射層 105, 106力〈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 10 9によって貼り合わされている。なお、 DVD100の中央にはクランビ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力、'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 1 03, 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, 1 06は、アルミニウム薄膜で形成されている。保護層 107, 108は、光硬ィ匕性榭脂（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； [一 CH₂ — CH = CH— CH₂ ] „一 [CH₂ — CH (OCH3 ) 一] からなる。

図 1に示される光ディスク装置では、 DVD 100がテーパコーン 200にチヤ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 (rpoi)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、再生光学系は次のように構成されている。すなわち、 DVD 100の片方の面に対向させて対物レンズ 203か置されている。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、半導体レーザダイォード（以後、 L D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。

LD 206から射出されたレーザビームは、コリメ一トレンズ 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、円形のパ夕一ンカ、'必要な場合はコリメートレンズ 208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。

偏光ビ一ムスプリッタ 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、 DVD 100の透光性基板 10 3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 N Aは、 DVD規格に準拠して 0. 6である。

ここで、 LD206の!^特性、つまり LD206のパワースぺ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 6Ί (ただし、 sine M)、空気の屈折率を 11,、性基板 104 (103) における屈折角度を 0₂ 、 LD 206から射出されるレーザビーム、つまり入射光速 210の中心波長をス₀、その半値幅をとしたとき、 LD206として、厶； 1≥ス₀ ² {2h (η₂ ²-ΝΑ²) °· 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。= 635(nm)、半値幅厶ス =0. 5(nm)の LD力 ί用いられている。

再生時、対物レンズ 203を介して DVD 100の透光性基板 104 (10 3) に入射したレーザビームは、反射層 106 (105)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、偏光ビ一ムスプリッタ 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~214 d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滅算器などを含むアンプアレー 215に入力され、ここでフォ一カスエラー信号 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 laと光検出素子 214 b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 Icと光検出素子 214dの出力 Id とを加算した信号を滅算し、この減算信号からフォ一カスエラー信号を得るようにしている。

フォーカスエラ一信号 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 20 5にそれぞれ供給される。これにより、対物レンズ 203力光軸方向およびトラック幅方向に移動制御さ DVD 100の記録面である反射牖 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仃ゎれ。₀

—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 PL L (位相同期回路）とデータ識別回路とに導き、 PLLによつて再生信号から DVD100に情報を記録したときの基本クロックであるチヤ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校することにより、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に入力さフォーマツトの解読、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 219 に入力される。 DVD100には、 MP EG 2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-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、 NTS Cフォーマツトなどの所定のテレビジョンフォーマツ卜のビデオ信号とされ、図示しないディスブ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 L D 206を用いているので、（2)式で示される光路差 Δ L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さる

具体的な数値で説明すると、 LD206はたとえば中心波長ス。 =635(nm) 、半値幅厶ス =0. 5 (ηιη)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離 Lcは、（4)式から Lc=0. 8 (mm) となる。一方、 DVD 100は DVD規格に準拠して厚さ h = 0. 6 (mm) の情報記録部材 101, 1 02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 M=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力、'屈折率 n ₂=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、光路差は、（2)式より、 AL = 1. 6 50 (mm) となる。

このように、半値幅厶； I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 ALよりも可干渉距離 Lcを短くでき、この結果として DVD 1 00の表面と内部の反射層との間で光波の多重干渉力、'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 ΔΖに対して、図 7に示すように直線的に変化するフオーカスエラ一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力河能となり、再生信号の S 低下およびジッ夕の劣化を防止することができる。

なお、半値幅厶スが (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 λ。=685(Μΐ)、半値幅厶 λ = 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 AL = 1. 650 (mm) よりも長い。このため、と U₂(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 ΔΖ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捋来出現すると予想される Bight Definition— D V D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 U,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 D V Dに厚みむらがあつた場合でも、光路差厶 Lが常に可干渉距離 L c 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 Δスの大きい LDの使用かまれる。

このような LDの 1つのパワースぺクトルを図 10に示す。この図から判るように、この LDは中心波長ス。 -650( )、半値幅厶ス =0. 3 (ran)である。この LDの可千渉距離 Lcを計箅すると、 Lc=l. 408 (mm) となり、光路差 △ L = l. 65 (mm) よりも短い。したがって、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 (ran)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、ス。=417(nm)、 h = 0. 6 (mm) . n₂=l. 5を代入して' な半値幅 Δλを求めてみると、 Δλ≥0.105(nm)となる。すなわち、 Bight Definition— DVDを取り扱う光ディスク装置では、中心波長ス。が 410 (nm)から 420 (nm) で、半値幅厶スが 0. 105 (ran)以上であること力必要である。なお、 Bight Definition- D V Dよりさらに機能ァップさせた光デイスク装置でも、（1)式より、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、光ディスクの一例として 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 RAM (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。この原盤記録装滬は、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 351 nm) で構成されている。光源 300から射出したレーザビーム 3 01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によつて光パヮ一の交流ノィズが除去される。続いて、波長板 310を通過し、ミラー 311で反射され、音罾光学変調素子 3 1 2により光パワーの直流成分力、'安定化さミラー 3 1 3 , 3 1 4で反射され、続いて »光学変翻素子 3 1 5により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 3 1 5を制御する制御系が省略されている。

記録光は、ミラー 3 1 6で反射さ k 拡大光学系 3 1 7によりビーム径が拡大され、ミラー 3 1 8とミラー 3 1 9で反射され、偏光ビームスプリッター 3 2 0と 1 /4板 3 2 1とを通過し、ダイクロイツクミラー 3 2 2で反射され、対物レンズュニット 3 2 3内の対物レンズ 3 2 4によって集光され、光ディスク用原盤 3 2 5の感光剤面に ¾gスポットを形成する。

この記録スポットによつて光デイスク用原继 3 2 5の感光剤面に記録部力形成される。この記録部は、光ディスク用原盤 3 2 5の回転と、対物レンズュニット 3 2 3を支持するスライダー 3 2 6の半径方向の移動とによって、スパイラル状の！/ lit上に形成される。その間、対物レンズ 3 2 4は、その焦点が常に原盤 3

2 5の感光剤面に位置するように、フォーカシング装置 3 2 7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 3 2 5は、記録部にピッ卜が現れるように現像処理され、その後に銀メツキされてディスクマスタとして用いられフォーカシング装置 3 2 7は、記録開始に先立つて対物レンズ 3 2 4の位置を粗調整する粗調整系 3 2 8と、記録中に記録光を使って対物レンズ 3 2 4の位置を微調整する微調整系 3 2 9とで構成されている。

粗調整系 3 2 8は、図 1 3に示すように、対物レン 3 2 4の光軸方向の位置を調整する対物レンズァクチユエ一夕 3 3 0と、対物レンズ 3 2 4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 3 3 1と、この検知光学系 3 3 1で得られた信号に基づいて対物レンズァクチユエ一夕 3 3 0を制御する制御部 3 3 2とを備えている。

フォーカスエラー検知光学系 3 3 1は、非点収差法を用いた光学系で、光源 3 4 1、コリメートレンズ 3 4 2、シリンドリカルレンズ 3 4 3、リレーレンズ

3 4 4 a , 3 4 4 b、偏光ビームスプリッタ 3 4 5、ス Z4板 3 4 6、ミラー 3

4 7、球面レンズ 3 4 8、シリンドリカルレンズ 3 4 9、 4分割受光素子 3 5 0 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、コリメ一トレンズ 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 344 a. 344bを通適し、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、ス 4板 346によって右回りの円偏光に変えられ、ミラ一 347で反射され、ダイク口イツクミラー 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、ダイクロイツクミラ 322を透過し、ミラー 347で反射さスノ 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分割素子 359に入射する。 4分割^素子 350の各^部 351 a、 351 b. 351 c, 3 51 dは、それぞれ受光光量に対応した信号 I a、 lb、 Ic、 Idを出力する。

制御部 332は、 4分割受光素子 350の各信号 la -Idを導入し、非点収差法に基づいて、（Ia + Ib ) — （Ic + Id ) 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力、'得られる。制御部 332は、フォーカスエラ一信号をゼロに維持すべく対物レンズァクチユエ一タ 330をフィードバック制御する。これにより、対物レンズ 32 4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 (μιη) 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 Ν Α=0. 9、焦点距離 f =4. 002 (mm) (波長 351 n m) のものが使用されている。その f¾¾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 ( m) でめる

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のパワースぺクトルは、図 14に示したように、中心波長； =670 (nm)、半値幅厶ス=20 (nm) 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 ( m) 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に比ベて可干涉矩離 Lcを十分に小さくできるパワースぺクトルの光源 341を用いている。つまり、ほぼ λ₀ ² 厶ス≤2 d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厶 Zに対して、図 7 に示すように直線的に変化するフオーカスエラ一信号を取得することができる。した力、'つて、精度の高、フォーカシング制御か能となる。

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 ®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一信号が得られる。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 329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は光量をチヱ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を介してウェハ等の試料 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 408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慝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 Δ λの十分に大きいものを用いている。すなわち、 L D 4 0 0として、そのパワースぺクトルの中心波長ス。と半値幅厶スと力試料 4 0 4を覆う可能性のある光学媒質の厚み tに対して、

ほぼス 0² /Δ λ≤2 t (n ₂ ²— sin²の °· ⁵を満足するもの力、'用いられている。ただし、 η ₂は光質の屈折率を示し、 0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 4 0 4を覆う光学媒質に左右されることなく、フォー力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、たとえば光デイスク装置に適用した埸合には、再生信号の S ΖΝ低下およびジッタの劣化を図ることができる。

Claims

請求の範囲

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イスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介して照射し、この照射によつ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一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ス ₀、前記レーザ光源の半値幅を Δ λ、前記対物レンズの開口数を Μ、前記基板材質の屈折率を η₂としたときに、前記レーザ光源の半値幅 Δスか H記式を満足することを特徴とする光ディスク装置。

λ ₀ ²/ { 2 h ( n ₂ ² -NA²) °- ⁵} ≤厶ス

2 . l己光ディスクは、厚さが 0. 6 (mm), 直径 1 2 0 (腿）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. 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. 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長ス。が 6 3 5〜6 5 0 (nm) の近くにあり、 0. 3 (nm)以上の半値幅厶ス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 . 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長ス。が 4 1 0 (nm) ~ 4 2 0 (ηπι)の範囲にあり、 0. 1 0 5 (nm)程度以上の半値幅 Δス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魔。

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力《設けられた光デイスクに、レーザ光源から出た光を対物レンズを介して照射し、この照射によつ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一カスエラ一を検出するように構成した光ディスク装置において、

前記レ一ザ光源の中心波長をス ₀、前記レーザ光源の半値幅を厶ス、前記対物レンズの開口数を NA、前記対物レンズの焦点距離を f、前記基板材質の屈折率を n₂、前記信号ピッ卜へ ίされるレーザスポット光の fi大径を dmax、前記ス。、 NA、 f、 dmaxに基づいて決定される最大半値幅 Δスを求めるための一般関数式を gとしたときに、前記レーザ光源の半値幅厶スが下記式を満足することを特徴とする光ディスク装置。

A o {2 h (η ₂ ²-ΝΑ²) °· ⁵} ≤A A≤g ( λ ₀, ΝΑ, f , dmax)

7. 前記光ディスクは、厚さが 0. 6 (腿)、直径 1 2 0 (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. 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. 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長ス。が 6 3 5〜6 5 0 (nm) の近くにあり、 0. 3 (ran)以上の半値幅 Δス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。

1 0. 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長ス。が 4 1 0 (ηπ！)〜 4 2 0 (nm)の範囲にあり、 0. 1 0 5 (nm)程度以上の半値幅 Δスを備えていることを特徴とする就求項 6 , 8のいずれか 1項に記載の光ディスク装 ®。

1 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、この照射によつて上記光デイスク上で情報の記録ある、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ぺ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卜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。

1 2. 前記光ディスクは、厚さが 0. 6 (nun). 直径 1 2 0 (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 1に記載の光ディスク装置。

1 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 1に記載の光ディスク装置。

1 4. 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長ス。が 6 3 5〜6 5 0 (nm)の近くにあり、 0. 3 (nm)以上の半値幅厶スを備えていることを特徴とする請求項 1 1 . 1 3のいずれか 1項に記載の光ディスク装置。

1 5. 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長 λ。が 4 1 0 (nn！)〜 4 2 0 (nm)の範囲にあり、 0. 1 0 5 (nm)程度以上の半値幅厶スを備えていることを特徴とする請求項 1 1 , 1 3のいずれか 1項に記載の光ディスク装置。

1 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钜離がほぼ hの部分に信号ビットの形成される反射層か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、このによつ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ぺ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稱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。

1 7. 前記光ディスクは、厚さが 0. 6 (随)、直径 1 2 0 (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 6に記載の光ディスク装置。

1 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 1 6に記載の光ディスク装置。

1 9 . 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長 λ。が 6 3 5〜6 5 0 (nm)の近くにあり、 0. 3 (nm)以上の半値幅厶スを備えていることを特徴とする請求項 1 6 , 1 8のいずれか 1項に記載の光ディスク装置。

2 0. 前記レーザ光源は、パワースぺクトルの中心波長；が 4 1 0 (ηπ！)〜 4 2 0 (nm)の範囲にあり、 0. 1 0 5 (nm)程度以上の半値幅 Δスを備えていることを特徴とする請求項 1 6 , 1 8のいずれか 1項に記載の光ディスク装置。

2 1. 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つて、前記対物レンズを光軸方向に移動させるァクチユエ一夕と、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、このェラー検知手段で得られた信号に基づいて上記ァクチユエ一夕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、そのパワースぺクトルの中心波長ス。と半値幅厶 Iと力、'、前記対物レンズの作動距離 dに対して、ほぼ λ。² /厶ス≤2 d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オーカシング装置。

2 2. 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 ^^位置を合わせるフォーカシング装置であつて、前記対象面を光軸方向に移動させるァクチユエ一夕と、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ァクチユエ一夕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、そのパワースぺクトルの中心波長ス₀と半値幅 Δ λと力、'、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 n ₂、前記光学媒質に対する光の入射角を 0としたとき、

ほぼス。² 厶; l≤2 t (n ₂ ²— sin^{2 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 _n