JP2000200434A - 距離変化検知方法及び装置、フォ―カス制御方法及び装置、並びに全反射光検出方法 - Google Patents

距離変化検知方法及び装置、フォ―カス制御方法及び装置、並びに全反射光検出方法

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JP2000200434A
JP2000200434A JP11042366A JP4236699A JP2000200434A JP 2000200434 A JP2000200434 A JP 2000200434A JP 11042366 A JP11042366 A JP 11042366A JP 4236699 A JP4236699 A JP 4236699A JP 2000200434 A JP2000200434 A JP 2000200434A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ディスクドライブにおいて、対物レンズと
光ディスクとの間に開口数を大きくするためにソリッド
イマージョンレンズ（ＳＩＬ）又はソリッドイマージョ
ンミラー（ＳＩＭ）等を介在させた場合にも、ＳＩＬ又
はＳＩＭと光ディスク間の距離の変化を精度良く検知し
て高精度なフォーカス制御を行なえるようにする。 【解決手段】 開口数が１よりも大きくなる入射角で対
物レンズ１からＳＩＬ２に入射してＳＩＬ２のうち光デ
ィスクに対向する面で反射した反射光を検出する光検出
手段８と、対物レンズ１への入射光を検出する光検出手
段１０と、光検出手段８，１０で検出された光の光量の
比を求める比較手段１１と、この比に基づいてフォーカ
スアクチュエータの駆動を制御する制御手段１１とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光学系・被
照射体（例えば光学記録媒体等）間の距離の変化の検知
やその距離の制御を行なう距離変化検知方法、距離変化
の検知装置、フォーカス制御方法、フォーカス制御装
置、並びに全反射光検出方法に関し、特に、ソリッドイ
マージョンレンズ、ソリッドイマージョンミラー等のよ
うな開口数を大きくする光学手段を設けた光学系に適用
して好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクに対する情報の記録や再生
は、レーザービームを一定の微小なスポット径にしぼり
込んで光学記録媒体の記録面に照射することによって行
われる。
【０００３】記録面にこうした一定のスポット径のレー
ザービームが照射されるためには、レーザービームを集
光する対物レンズと光ディスクとの間の距離が、対物レ
ンズの合焦位置と記録面とのずれが対物レンズの焦点深
度内に収まるような範囲内にあることが必要である。
【０００４】そのため、光ディスクの再生（書換型の光
ディスクの場合には記録及び再生）を行なう光ディスク
ドライブや、光ディスクの原盤の露光装置では、対物レ
ンズ・光ディスク間の距離の変化を検知し、その検知結
果に基づいて対物レンズをレーザービームの光軸方向に
移動させることにより、この距離の制御（フォーカス制
御）を行なっている。
【０００５】従来、このフォーカス制御の方法として
は、例えば離軸法，非点収差法，ナイフエッジ法等が採
用されていたが、これらの方法は、いずれも光ディスク
の信号記録面からの反射光を利用して対物レンズ・光デ
ィスク間の距離の変化を検知するものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、光デ
ィスクの高密度化のニーズに対応してスポット径をより
一層微小化させるために、対物レンズと光ディスクとの
間に、球形レンズの一部を切りとった形状をした高屈折
率のレンズであるソリッドイマージョンレンズ（ＳＩ
Ｌ）を、球面，その反対側の面をそれぞれ対物レンズ，
光ディスクに向けて介在させることにより、対物レンズ
自体の開口数よりも大きな開口数（例えば１よりも大き
な開口数）を実現することが行なわれている。また、ソ
リッドイマージョンミラー（ＳＩＭ）によっても大きな
開口数を実現できる。
【０００７】そして、開口数が１よりも大きくなる場合
には、ＳＩＬ・光ディスク間の距離がニアフィールド
（レーザービームの波長程度の範囲）を超えると光ディ
スクに照射されるレーザービームの強度が著しく低くな
ることから、この距離がニアフィールドの範囲内で一定
になるようなフォーカス制御を行なうことが必要とな
る。
【０００８】しかるに、ニアフィールドのような非常に
狭い範囲では、ＳＩＬ・光ディスク間の距離が変化して
も、光ディスクからの反射光の変化は極めて僅かなの
で、この反射光の変化に基づいて対物レンズ・光ディス
ク間の距離の変化を精度良く検知することは困難であ
る。
【０００９】そのため、対物レンズと光ディスクとの間
にＳＩＬを介在させた場合、従来のフォーカス制御方法
では、高精度なフォーカス制御を行なうことが困難であ
った。
【００１０】光ディスク等の情報記録媒体を得るための
原盤作製の露光装置等のビーム照射装置においても同様
の問題点を有する。
【００１１】したがって、本発明の課題は、ＳＩＬ、Ｓ
ＩＭのような開口数を大きくする光学手段を設けた場合
にも、ＳＩＬ又はＳＩＭと光ディスク間の距離の変化を
精度良く検知して高精度なフォーカス制御を行なえるよ
うにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本出願人は、請求項１に記載のように、光学記録媒
体に照射すべき光を集光する第１の光学手段と、この第
１の光学手段の開口数よりも大きな開口数を実現するた
めに第１の光学手段と光学記録媒体との間に介在させる
第２の光学手段とを有する光学系における第２の光学手
段と光学記録媒体との間の距離の変化を検知する方法と
して、開口数が所定値よりも大きくなる入射角で第１の
光学手段から第２の光学手段に入射して第２の光学手段
のうち光学記録媒体に対向する面で反射した反射光を検
出し、その反射光の光量に基づいて距離の変化を検知す
る方法を提案する。
【００１３】また、請求項４に記載のように、この第２
の光学手段と光学記録媒体との間の距離の変化を検知す
る装置として、開口数が所定値よりも大きくなる入射角
で第１の光学手段から第２の光学手段に入射して第２の
光学手段のうち光学記録媒体に対向する面で反射した反
射光を検出する光検出手段と、この光検出手段で検出さ
れた反射光の光量に基づいて距離の変化を検知する検知
手段とを備えた装置を提案する。
【００１４】また、請求項８に記載のように、この第２
の光学手段と光学記録媒体との間の距離を制御するフォ
ーカス制御方法として、開口数が所定値よりも大きくな
る入射角で第１の光学手段から第２の光学手段に入射し
て第２の光学手段のうち光学記録媒体に対向する面で反
射した反射光を検出し、この反射光の光量に基づいて距
離の変化を検知し、その検知結果に基づいて距離を制御
する方法を提案する。
【００１５】また、請求項９に記載のように、フォーカ
ス制御方法として、収束レンズを正圧エアーによって被
照射体の面上に浮上させ、かつ負圧エアーによって収束
レンズを被照射体側に吸い寄せるようにしてフォーカス
制御する方法を提案する。
【００１６】また、請求項１４に記載のように、この第
２の光学手段と光学記録媒体との間の距離を制御するフ
ォーカス制御装置として、開口数が所定値よりも大きく
なる入射角で第１の光学手段から第２の光学手段に入射
して第２の光学手段のうち光学記録媒体に対向する面で
反射した反射光を検出する光検出手段と、この光検出手
段で検出された反射光の光量に基づいて距離の変化を検
知する検知手段と、この検知手段の検知結果に基づいて
フォーカスアクチュエータの駆動を制御する制御手段と
を備えた装置を提案する。
【００１７】また、請求項１２に記載のように、全反射
光検出方法として、レーザビームを偏光ビームスプリッ
タ及び１／４波長板を透過してソリッドイマージョンレ
ンズ又はソリッドイマージョンミラーを含む収束レンズ
に入射し、収束レンズからの戻り光を偏光ビームスプリ
ッタに再入射して入射ビーム源とは別方向に分離して、
収束レンズからの全反射光を検出する方法を提案する。
【００１８】また、請求項１３に記載のように、ソリッ
ドイマージョンレンズ又はソリッドイマージョンミラー
を含む収束レンズからの戻り光の光路上に、遮光マスク
を配置し、戻り光のうちの収束レンズ端面を含む複数の
面で干渉した光を遮光し、収束レンズ底面で全反射した
光を検出する方法を提案する。
【００１９】これらの発明を提案する根拠は、次のよう
なものである。既に対物レンズ及びＳＩＬを例にとって
述べたように、第１の光学手段（対物レンズに相当）と
第２の光学手段（ＳＩＬに相当）とで実現される開口数
が所定値よりも大きくなる場合には、第２の光学手段・
光学記録媒体間の距離がニアフィールドを超えると光学
記録媒体に照射されるレーザービームの強度が著しく低
くなる。
【００２０】その原因は、ＳＩＬが光学記録媒体に接触
しているときには、開口数が所定値よりも大きくなる入
射角で対物レンズからＳＩＬに入射した光（以下入射光
の「高周波成分」とも呼ぶ）が、ＳＩＬのうち光学記録
媒体に対向する面（以下単に「対向面」とも呼ぶ）をほ
とんどすべて透過して光学記録媒体に照射されるのに対
し、ＳＩＬが光学記録媒体から離れるにつれて、この対
向面での高周波成分の反射率が急激に増加していき、Ｓ
ＩＬが光学記録媒体からニアフィールドを超えて離れる
と、この高周波成分がこの対向面でほぼ１００％反射さ
れてしまうことによる。
【００２１】このように、ニアフィールドのような非常
に狭い範囲でも、この対向面での高周波成分の反射光の
光量の変化は十分に大きい。したがって、この反射光を
検出すれば、その光量の変化に基づいて、第２の光学手
段・光学記録媒体間の距離の変化を精度良く検知して高
精度なフォーカス制御を行なうことが可能になる。
【００２２】なお、この反射光の光量は、第２の光学手
段・光学記録媒体間の距離が一定であっても、第２の光
学手段への入射光の強度が変化する（すなわち光源から
出射されて第１の光学手段に入射する光の強度が変化す
ると）と、それに比例して変化するものである。
【００２３】そこで、一例として、請求項２や請求項５
に記載のように、この反射光だけではなく、第１の光学
手段への入射光と第２の光学手段への入射光とのいずれ
か一方の入射光をも検出し、この反射光及び入射光の光
量の比を求めるようにすることが一層好適である。
【００２４】入射光の強度が変化しても、この反射の光
量と入射光の光量とが同じ割合で変化するので、この比
は変化することはない。これにより、入射光の強度に関
係なく第２の光学手段・光学記録媒体間の距離の変化を
検知することができるようになる。
【００２５】また、こうした入射光の検出は、第２の光
学手段の対向面等の形状を従来のものから変更すること
なく行なうことができ、しかも、光学記録媒体の記録再
生装置や光学記録媒体の原盤の露光装置において、例え
ば光源である半導体レーザーの出力を制御するためのモ
ニター用のフォトディテクタを比を求めるためにそのま
ま利用すれば足りるので、新たな素子の追加等を最小限
に抑えることもできる。
【００２６】次に、このように対向面での高周波成分の
反射光を検出する場合に、開口数が所定値以下となる入
射角で第２の光学手段に入射した光（高周波成分以外の
成分）のほうも対向面で反射したり、あるいは光学記録
媒体のうち信号記録面よりも第２の光学手段寄りの箇所
で光が反射したりすると、それらの光に干渉が起きるこ
とにより検出精度が低下し、その結果第２の光学手段・
光学記録媒体間の距離の変化の検知精度も低下してしま
うおそれがある。
【００２７】そこで、一例として、請求項７に記載のよ
うに、第２の光学手段の対向面と、光学記録媒体のうち
信号記録面よりも第２の光学手段寄りの箇所との少なく
ともいずれか一方に、光の反射を抑制する部材を配する
ようにすることが一層好適である。
【００２８】それにより、対向面での高周波成分の反射
光と他の光との干渉が減少するので、この干渉を原因と
する第２の光学手段・光学記録媒体間の距離の変化の検
知精度の低下が抑えられるようになる。
【００２９】請求項９に記載するように、正圧エアー及
び負圧エアーを用いて収束レンズと被照射体の間の距離
制御を行うときは、低周波数帯域のフォーカス制御が安
定になる。
【００３０】請求項１２に記載のように、偏光ビームス
プリッタを経て射出された直線偏光のレーザビームを１
／４波長板で円偏光に変換した後、収束レンズに入射
し、この収束レンズからの戻り光を１／４波長板により
その偏光方向を変換し、偏光ビームスプリッタに再入射
することで、戻り光のパワーの大部分を入射ビーム源と
は別方向に分離することにより、より大きな強度で全反
射戻り光を検出し、ノイズをより少なくできる。
【００３１】請求項１３に記載のようにソリッドイマー
ジョンレンズ又はソリッドイマージョンミラーを含む収
束レンズからの戻り光の光路上に、遮光マスクを配置す
ることにより、ノイズとなる干渉光の強度が抑えられて
高周波成分の戻り光、従って検出信号対ノイズ強度の比
（Ｓ／Ｎ比）が大きく取れる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下では、本発明を光ディスクド
ライブに適用した例について説明する。図１は、光ディ
スクに照射すべきレーザービームを集光するためにこの
光ディスクドライブの光学ピックアップ内に設けられて
いる光学系と、この光ディスクドライブに装着される光
ディスクとの一例を示す。
【００３３】この光学系は、レーザービームＬを集光さ
せる対物レンズ１と、光ディスク３と対物レンズ１との
間に介在させるソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）
２とから成っている。対物レンズ１とＳＩＬ２とは、フ
ォーカスアクチュエータ（図示略）により一体としてレ
ーザービームＬの光軸方向に移動されるようになってい
る。
【００３４】ＳＩＬ２は、球形レンズの一部を切りとっ
た形状をした屈折率ｎのレンズであり、球面，その反対
側の面をそれぞれ対物レンズ１，光ディスク３に向けて
配置されている。
【００３５】この対物レンズ１とＳＩＬ２とで実現され
る開口数ＮＡと、ＳＩＬ２の屈折率ｎと、対物レンズ１
で集光されたレーザービームＬのＳＩＬ２への最大入射
角θ max との関係は、周知の通り、次式のように表され
る。 ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθmax
【００３６】そしてここでは、図にも示すように、この
最大入射角θmax よりも小さい一定の入射角θ0 と屈折
率ｎとの積ｎ・ｓｉｎθ0 が１になるように、屈折率ｎ
及び最大入射角θmax が設定されている。
【００３７】その結果、この対物レンズ１とＳＩＬ２と
で、１よりも大きい開口数が実現されているので、ＳＩ
Ｌ２が光ディスク３に接触しているときには、θ0 より
も大きな入射角（すなわち開口数が１よりも大きくなる
入射角）で対物レンズ１からＳＩＬ２に入射したレーザ
ービーム（高周波成分）（図に斜線で描いた部分のレー
ザービーム）が、ＳＩＬ２のうち光ディスク３に対向す
る面をほとんどすべて透過して光ディスク３に照射され
るのに対し、ＳＩＬ２が光ディスク３から離れるにつれ
て、この対向面での高周波成分の反射率が急激に増加し
ていき、ＳＩＬ２が光ディスク３からニアフィールドを
超えて離れると、この高周波成分はこの対向面でほぼ１
００％反射される。
【００３８】このＳＩＬ２の対向面には、θ0 以下の入
射角（すなわち開口数が１以下となる入射角）でＳＩＬ
２に入射したレーザービーム（高周波成分以外の成分）
の反射を抑制する反射防止膜４が形成されている。ま
た、光ディスク３のうち信号記録面よりもＳＩＬ２寄り
の箇所（一例としてＳＩＬ２に面した表面）にも、同じ
く反射防止膜４が形成されている。
【００３９】これにより、θ0 以下の入射角でＳＩＬ２
に入射したレーザービームの対向面での反射や、光ディ
スク３のうち信号記録面よりもＳＩＬ２寄りの箇所での
レーザービームの反射が抑制されるようになっている。
【００４０】図２は、この光学ピックアップのうち本発
明に関係する部分と、この光ディスクドライブのフォー
カス制御系との一例を示す。光学ピックアップ内で、半
導体レーザー（図示略）から出射された直線偏光のレー
ザービームＬが、コリメータレンズ（図示略）で平行光
とされ、１／２波長板（図示略）で偏光面を回転された
後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５に入射する。
【００４１】この入射ビームの一部は、ＰＢＳ５で反射
され、集光レンズ９を介し、レーザービームの強度のモ
ニター用のフォトディテクタ（ＰＤ）１０で検出され
る。また、ＰＢＳ５への入射ビームの大部分は、ＰＢＳ
５を通過し、１／４波長板６で円偏光とされ、対物レン
ズ１で集光されてＳＩＬ２に入射する。
【００４２】前述のθ0 よりも大きな入射角で対物レン
ズ１からＳＩＬ２に入射したレーザービーム（高周波成
分）（図に斜線で描いた部分のレーザービーム）が、Ｓ
ＩＬ２の対向面で反射され、対物レンズ１を経て１／４
波長板６で最初とは直交する直線偏光とされてＰＢＳ５
で反射される光路上には、集光レンズ７を介してフォト
ディテクタ（ＰＤ）８が設けられている。したがって、
ＳＩＬ２の対向面での高周波成分の反射光は、このＰＤ
８で検出される。
【００４３】ＰＤ８で検出された光量ｐを示す信号は、
演算回路１１に送られる。ＰＤ１０で検出された光量ｑ
を示す信号も、半導体レーザーの出力を制御する回路
（図示略）に送られると共に、演算回路１１に送られ
る。
【００４４】演算回路１１は、ＳＩＬ２・光ディスク３
間の距離が、ＳＩＬ２の対向面での高周波成分の反射率
が十分小さい（すなわち高周波成分が光ディスク３に十
分に照射される）一定の距離ｍであるときのｐとｑとの
比の値ａを、制御目標値として記憶している。
【００４５】そして演算回路１１は、光量ｐとｑとの比
ｘを求め、このｘと制御目標値ａとの差ｘ−ａの符号が
正であるとき（すなわちＳＩＬ２・光ディスク３間の距
離がｍよりも大きいとき）には、対物レンズ１及びＳＩ
Ｌ２をその差の大きさに応じた距離だけ光ディスク３に
近づく向きに移動させるようにフォーカスアクチュエー
タ（図示略）の駆動を制御する信号を生成し、他方ｘ−
ａの符号が負であるとき（すなわちＳＩＬ２・光ディス
ク３間の距離がｍよりも小さいとき）には、対物レンズ
１及びＳＩＬ２をその差の大きさに応じた距離だけ光デ
ィスク３から遠ざかる向きに移動させるようにフォーカ
スアクチュエータの駆動を制御する信号を生成し、その
制御信号ｆｓをフォーカスアクチュエータに送る。
【００４６】この光ディスクドライブにおけるフォーカ
ス制御動作は、次の通りである。半導体レーザーからレ
ーザービームが出射されると、ＰＤ１０でそのレーザー
ビームの一部の光量ｑが検出され、ＰＤ８でＳＩＬ２の
対向面での高周波成分の反射光の光量ｐが検出される。
【００４７】ＳＩＬ２・光ディスク３間の距離が前述の
ｍよりも大きいときには、ＳＩＬ２の対向面での高周波
成分の反射光量が増加することにより、比ｘが制御目標
値ａよりも大きくなるので、差ｘ−ａの符号は正にな
る。したがってこのとき、演算回路１１からの制御信号
に基づき、対物レンズ１及びＳＩＬ２が、差ｘ−ａの大
きさに応じた距離だけ光ディスク３に近づく向きにフォ
ーカスアクチュエータにより移動される。
【００４８】他方、ＳＩＬ２・光ディスク３間の距離が
ｍよりも小さいときには、ＳＩＬ２の対向面での高周波
成分の反射光量が減少することにより、比ｘが制御目標
値ａよりも小さくなるので、差ｘ−ａの符号は負にな
る。したがってこのとき、演算回路１１からの制御信号
に基づき、対物レンズ１及びＳＩＬ２が、差ｘ−ａの大
きさに応じた距離だけ光ディスク３から遠ざかる向きに
フォーカスアクチュエータにより移動される。このよう
にして、比ｘが制御目標値ａに収束するように（すなわ
ちＳＩＬ２・光ディスク３間の距離がｍに収束するよう
に）フォーカス制御が行なわれる。
【００４９】ここで、ニアフィールド範囲でもＳＩＬ２
の対向面での高周波成分の反射光の光量の変化は十分に
大きいので、ＰＤ８の検出結果から、ＳＩＬ２・光ディ
スク３間の距離の変化を精度良く検知して高精度なフォ
ーカス制御を行なうことが可能になっている。
【００５０】また、半導体レーザーから出射されるレー
ザービームの強度が変化しても、ｐとｑとが同じ割合で
変化するので、比ｘは変化することはない。これによ
り、レーザービームの強度に関係なくＳＩＬ２・光ディ
スク３間の距離の変化を検知することができるようにな
っている。
【００５１】また、ＳＩＬ２の形状は従来のものから全
く変更しておらず、しかも、半導体レーザーの出力を制
御するためのモニター用のＰＢ１０を比ｘを求めるため
にそのまま利用しているので、新たな素子の追加等が最
小限に抑えられている。
【００５２】また、θ0 以下の入射角でＳＩＬ２に入射
したレーザービームの対向面での反射や、光ディスク３
のうち信号記録面よりもＳＩＬ２寄りの箇所でのレーザ
ービームの反射が、反射防止膜４で抑制されることによ
り、ＳＩＬ２の対向面での高周波成分の反射光と他の光
との干渉が減少するので、この干渉を原因とするＳＩＬ
２・光ディスク３間の距離の変化の検知精度の低下が防
止されるようになっており、この点からも、この距離の
変化を一層精度良く検出できるようになっている。
【００５３】なお、以上の例では、対物レンズと光ディ
スクとの間にＳＩＬを介在させた光学系を有する光ディ
スクドライブに本発明を適用している。しかし、これに
限らず、対物レンズ及びＳＩＬの機能を単一の光学素子
で実現した光学系や、対物レンズ及びＳＩＬの機能を３
つ以上の光学素子で実現した光学系や、対物レンズ及び
ＳＩＬの機能をホログラム素子で実現した光学系を有す
る光ディスクドライブにも本発明を適用してよい。
【００５４】また、以上の例では、光ディスクドライブ
に本発明を適用するものとして説明を行なったが、本発
明は、光ディスクの原盤の露光装置にも適用してよく、
また、光ディスク以外の光学記録媒体の記録再生装置や
その原盤の露光装置にも適用してよい。
【００５５】次に、光ディスクドライブのピックアップ
装置としての光学装置、又は光学記録媒体（例えば光デ
ィスク）、その他等の情報記録媒体の原盤の露光装置に
適用される本発明のビーム照射装置の例について説明す
る。また、このビーム照射装置に適用されるフォーカス
制御方法、全反射光検出方法等についても説明する。
【００５６】光記録媒体（例えば光ディスク）において
は、その情報を記録再生するために用いる収束レンズを
駆動し、常にその焦点深度内に情報記録層があるように
フォーカス制御する必要がある。同様のことは、光ディ
スク原盤を露光する場合においてもいえる。
【００５７】近年、光記録媒体に使用する光の短波長化
に伴い、収束レンズの開口数Ｎ．Ａ．が同じであっても
スポットの焦点深度は浅くなり、フォーカス制御の更な
る安定性が必須となってきている。
【００５８】そこで、本発明においては、正圧エアーと
負圧エアーの同時使用によるエアサスペンションを利用
して、低周波数帯域のフォーカス制御を行うとともに、
電気的駆動素子による変位手段により、高周波数帯域の
フォーカス制御も加えて、より安定したフォーカスサー
ボを行うようにする。
【００５９】図３は、これらに対応できるようにした本
発明のビーム照射装置における収束レンズのフォーカス
制御機構の概略構成の一例を示す。本発明のビーム照射
装置は、光ビーム、電子ビーム、イオンビームの少なく
ともいずれかのビームを発生するビーム発生源と、この
ビーム発生源からのビームを収束する収束レンズを具備
する。図３において、２１は収束レンズ、２２は被照射
体を示す。この例のフォーカス制御機構は、正圧エアー
（高圧エアー）と負圧エアーによって低周波数帯域（い
わゆる被照射体２２の低周波のうねり）におけるフォー
カス制御を行う第１の制御機構２４と、変位手段２６を
構成する例えばピエゾスタックを用いて高周波数帯域
（いわゆる被照射体２２の高周波のうねり）におけるフ
ォーカス制御を行う第２の制御機構２５とを組み合せて
収束レンズ２１のフォーカス制御を行えるようにしたも
のである。
【００６０】収束レンズ２１は、回転基台上に配置され
た例えば円板状の被照射体２２に対して、その位置調整
がなされるアクチュエータ２７に配置されて構成され
る。このアクチュエータ２７には第１及び第２のフォー
カス制御機構２４及び２５が設けられる。収束レンズ２
１は鏡胴２８内に、対物レンズ（非球面レンズ）３１と
ＳＩＬ３２とが同一光軸上に保持される。なお、本例の
ＳＩＬ３２は、球形レンズの一部を切りとり、半球状よ
りも多く残る形状とし、その底部に円柱状突起３２ａを
形成して構成される。
【００６１】アクチュエータ２７は、アーム（いわゆる
レンズ取り付け治具）３３に、板ばね等の弾性体３４を
介して、被照射体２２に対して空気層の介在によって浮
上する円筒状のエアーパッド３５が取着されて成る。こ
のエアーパッド３５内の上端部に例えば円筒型のピエゾ
スタックによる変位手段２６が配置され、この変位手段
２６を介して、円筒状のエアーパッド３５内に収束レン
ズ２１を保持した鏡胴２８が支持され、ＳＩＬ３２の最
終端面（即ち円柱状突起３２ａの端面）が、エアーパッ
ド３５の被照射体２２と対向する面に臨むようになされ
る。
【００６２】エアーパッド３５には、その被照射体２２
との対向面に、エアーを噴出するエアー噴出口（供給
口）、いわゆる正圧エアーの噴出口３６と、エアーを吸
引するエアー吸引口、いわゆる負圧エアーの吸引口３７
が設けられる。エアー噴出口３６及びエアー吸引口３７
は、例えば図４に示すように、環状に形成されると共
に、エアーパッド３５の中心軸に対して同心円状に形成
される。エアー噴出口３６は、多孔質部材例えば多孔質
カーボンによって形成することができる。この多孔質カ
ーボンは、エアーパッド３５の面に形成した環状溝に嵌
着される。
【００６３】エアー噴出口３６には、パイプ３８を通じ
て高圧エアー供給源３９から高圧エアーが供給される。
エアー吸引口３７からはパイプ４０を通してエアー吸引
手段４１にエアーが吸引される。高圧エアー供給源３９
は、例えばその供給量、圧力を制御する制御手段４２が
設けられ、又、エアー吸引手段４１は例えば吸引量、圧
力を制御する制御手段４３が設けられる。この正圧エア
ー及び負圧エアーによって、収束レンズ２１の最終端面
が被照射体２２に対し、所要の距離を保持して対向させ
る初期の粗調整を行う。このようにして収束レンズ４８
の位置の選定を行う第１のフォーカス制御機構２４が構
成される。
【００６４】また、変位手段２６を構成する例えばピエ
ゾスタックには、電圧供給部４５から、電圧供給がなさ
れて、その変位量、すなわち圧電効果によって収束レン
ズ２１をエアーパッド３５の軸心に沿って微小移動させ
るようになされ、被照射体２２に対する収束レンズ２１
の位置の制御、すなわちフォーカス制御を行う第２のフ
ォーカス制御機構２５が構成される。電圧供給部４５
は、フォーカスエエラー検出がなされる検出部４６から
のフォーカスサーボ信号によって、フォーカスエラーに
応じた電圧を、変位手段２６を構成する例えばピエゾス
タックに供給するようになされる。
【００６５】尚、エアー噴出口３６は、例えば図５に示
すように複数、本例では３つに分割して、夫々のエアー
噴出口３６ａ，３６ｂ，３６ｃに夫々パイプ３８ａ，３
８ｂ，３８ｃを通じて高圧エアーを供給するように構成
することもできる。この場合は、各パイプ３８ａ，３８
ｂ，３８ｃに夫々高圧エア供給源及び制御手段を設けて
夫々エアー圧、供給量を制御できるようにすることもで
きる。エアー吸引口３７も複数に分割して夫々からエア
ーを吸引するように構成することもできる。また、エア
ー噴出口３６及びエアー吸引口３７は、環状形に限ら
ず、図示せざるも、例えば環状に沿って多数の開口によ
って形成することもできる。
【００６６】この第１及び第２のフォーカス制御機構２
４及び２５から成るフォーカス制御機構では、被照射体
２２（例えば表面にフォトレジスト層４７を塗布した基
板４８）上に正圧エアーの圧力によりエアーパッド３５
を浮上させる。即ち、エアーパッド３５下面からエアー
噴出口３６を通して正圧エアーを噴き出させることによ
ってエアーパッド３５は被照射体２２上に浮上し、エア
ー吸引口３７を通して吸引される負圧エアーによってエ
アーパッド３５は被照射体２２側に引き寄せられる。正
圧エアーの圧力を例えば５ｋｇｆ、負圧エアーの圧力を
例えば大気圧−１００ｍｍＨｇにすると、エアーパッド
を例えば５μｍ浮上させることができる。
【００６７】ここでは、エアー圧力を固定しているが正
負エアー圧のバランスにより、被照射体２２とエアーパ
ッド３５間に形成されるエアー膜に剛性が生じる。被照
射体２２の表面のうねりが低周波数帯域であれば、エア
ーパッド３５はそのうねりに追従することができる。従
って、被照射体２２の上下の変位に応じて変位するエア
ーパッド３５の応答速度は、上下いずれの変位に対して
も一定となる。
【００６８】一方、変位手段２６を構成する例えばピエ
ゾスタックに電圧を印加して伸縮させることにより、前
述したように、エアーパッド３５だけでは追従しきれな
い高周波数帯域のうねりに対応したサーボをかけること
ができ、高周波数帯域の位置制御すなわちフォーカス制
御を行うことができる。
【００６９】エアーパッド３５は、くの字状若しくはこ
の字状の板ばねによる弾性体３４を介してアーム３３に
取付けられるので、上下だけでなく傾斜に対する自由度
も持たせることができる。
【００７０】このようなフォーカス制御機構を備えたビ
ーム照射装置によれば、正圧エアー４９と負圧エアー５
０の同時使用により、低周波数帯域でのフォーカス制御
を安定にすることができる。同時に、一定の応答速度が
得られる。高周波数帯域と低周波数帯域でフォーカス制
御機構が分離されているので、各帯域におけるサーボ特
性の向上も見込める。従って、収束レンズ２１と被照射
体２２間の距離を精度よく安定に保持できる。
【００７１】本発明では、収束レンズ２１をＳＩＬ３２
と対物レンズ３１を含む２群レンズで構成したが、これ
に限らず、光ビーム（例えばレーザビーム）を収束する
レンズであればよく、図６に示すＳＩＭ（ソリッド イ
マージョンミラー）５１や、ＳＩＭを含むレンズ群、そ
の他の例えば、従来から用いられている３群以上で形成
される対物レンズで収束レンズ２１を構成することが可
能である。この場合にも、同様の精度で安定したサーボ
が行える。
【００７２】ＳＩＭ５１は、図６に示すように光ビーム
Ｌの入射側の面が凸状の曲面をなすも光ビーム入射部が
凹面となり、光ビームＬの出射側が平坦面、この場合、
前述したと同様に中央に円柱状突起５２が設けられた面
とした透光体５３の凸状曲面、及び円柱状突起５２を除
く端面に反射膜５４が形成されて成る。光ビームＬは凹
面に入射され、屈折させて端面の反射膜５４で反射さ
れ、更に上面の凸状曲面の反射膜５４で反射されて円柱
状突起５４の端面に収束される。
【００７３】本発明では、高周波数帯域のフォーカス制
御用の変位手段２６として電気的駆動素子であるピエゾ
スタックを用いたが、その他の例えば電磁コイル、いわ
ゆるボイスコイル等の電気的駆動素子であってもよい。
【００７４】上例では、正圧エアー及び負圧エアーの圧
力を固定したが、このエアー圧を制御するようにしても
よい。即ち、エアー圧力を固定して、被照射体２２の上
下変位に応じてエアーパッド３５が上下に追従するが、
その追従をよた早めるために、例えば被照射体２２が下
方に変位したときには、負圧エアーの圧力を強め、被照
射体２２が上方に変位したときには正圧エアーの圧力を
強めてエアーパッド３５の応答速度を早くするようにす
ることも可能である。
【００７５】上例では、エアーによる低周波数帯域のフ
ォーカスサーボと、変位手段２６のピエゾスタックによ
る高周波数帯域のフォーカスサーボを同時に使用したが
収束レンズ２１による集光対象となる面の高域うねりが
小さい場合には、エアーによるサーボのみを用いてもよ
い。
【００７６】近年の光ディスク原盤露光工程で主に用い
られている３５０ｎｍレーザビームをＳＨＧ（Secondar
y Harmonic Generator）発振させた場合の波長は、およ
そ１７０ｎｍとなる。またフォトレジストの感度が有効
となるのは、およそ４５０ｎｍ以下となる。これらのこ
とにより、本発明のビーム照射装置では、波長が１７０
ｎｍ以上でかつ４５０ｎｍ以下のレーザビーム発生器を
具備することができる。
【００７７】前述の図３に示す正圧、負圧エアーによる
いわゆる吸着浮上型エアーパッド３５は、被照射体２２
の表面のうねりに対して良好に追従する。しかし、吸着
浮上型のエアーパッド３５のエアー噴出口３６とエアー
吸引口３７が不適切な配置をとると、例えばエアーパッ
ド３５の底部に設けた環状のエアー噴出口３６の外側に
同心円状にエアー吸引口３７が設けられていると、微小
な振動で傾斜したエアーパッド３５は、外周部にエアー
吸引口３７があるため更に傾斜が付き、エアーパッド３
５の縁が被照射体２２に接触する可能性がある。そのた
め、これらのエアー噴出口３６及びエアー吸引口３７の
配置には配慮が必要である。
【００７８】また、エアーパッド３５を浮上させる場合
には、エアー噴出口３６のみを行った状態で被照射体２
２上に降下するが、収束レンズ２１の最先端部がエアー
パッド３５底面よりも突出していると、収束レンズ２１
が被照射体２２に衝突する危険性があるため、衝突回避
の対応が必要となる。
【００７９】更に、エアーパッド３５内に取り付けたＳ
ＩＬ３２の先端を、例えば直径４０μｍで高さが２μｍ
の円柱状突起３２ａを残して、エッチングによりその外
周部を削り取っている。これにより、レンズが傾斜した
場合に、レンズ、従ってＳＩＬ３２と被照射体２２が接
触する危険性を低減しているが、それでも例えば４０ｎ
ｍ程度にまで収束レンズ２１と被照射体２２間の距離
（いわゆるギャップ）を小さくしようとすると１ｍｒａ
ｄ以下の精度で収束レンズ２１の傾きを調整しておく必
要がある。この調整を高精度でかつ容易に行える方法及
び装置が望まれる。
【００８０】そこで、本発明に係るビーム照射装置にお
いては、その空気圧利用による吸着浮上型エアーパッド
の最下部、即ち底面に設けるエアー噴出口をエアー吸引
口より外周側に配置するように構成する。また、初期状
態では、被照射体表面からエアーパッド底面までの高さ
よりも高い位置まで収束レンズの最下面（例えばＳＩＬ
またはＳＩＭの底面）を後退させ、ビーム照射時（例え
ば原盤露光時、又は情報記録媒体の記録、再生時）には
収束レンズの最下面を被照射体表面からエアーパッド底
面までの高さより低い位置まで降下させるように構成す
る。
【００８１】本発明のレンズ傾斜調整装置では、収束レ
ンズの変位手段への取り付け接触面、又は／及び収束レ
ンズを取り付けた変位手段のエアーパッドへの取り付け
接触面に弾性部材を挟み込み、ネジ締め圧により取り付
け時の傾斜を調整する機構を有するように構成する。
【００８２】本発明のレンズ傾斜調整方法では、高反射
表面を有する基板に収束レンズ（例えばＳＩＬ又はＳＩ
Ｍを含む収束レンズ）の底面で反射した戻り光の軸と、
この収束レンズ透過後の基板の高反射表面で反射し、再
度同じ収束レンズを透過した戻り光の軸とを一致させる
ことで、収束レンズの傾き、いわゆる光軸を調整するよ
うになす。
【００８３】収束レンズ２１と被照射体２２間の距離を
ニアフィールド（近接場領域）まで近づけて制御を行う
場合の信号検出方法の一つにＳＩＬ３２の底部平面（円
柱状突起３２ａの底面）から全反射した戻り光を用いる
方法がある。この場合、全反射戻り光強度が小さくなっ
た位置で制御を行うため、より大きな強度で全反射戻り
光を検出し、またノイズをより少なくする必要がある。
【００８４】本発明の全反射光検出方法では、偏光ビー
ムスプリッタを経て射出された直線偏光のレーザビーム
を１／４波長板で円偏光に変換した後、収束レンズに入
射し、この収束レンズからの戻り光を１／４波長板によ
り偏光方向を変換し、偏光ビームスプリッタに再入射す
ることで、戻り光のパワーの大部分を入射ビーム源とは
別の方向に分離するようになす。さらに収束レンズ（例
えばそのＳＩＬ又はＳＩＭレンズ）からの戻り光を、そ
の光軸と一致させて円環状に透過領域を持たす輪帯、又
は外周部に透過領域を持つ円形状のマスクを配置し、収
束レンズ底面を含む複数の面で干渉した光を遮光し、収
束レンズ底面で全反射した光を主に透過させるようにな
す。
【００８５】図７は、このように改良した本発明のビー
ム照射装置における収束レンズのフォーカス制御機構の
他の例の概略構成を示す。また、図８〜図１１は、レン
ズ傾斜調整方法、全反射光検出方法を用い、収束レンズ
の光軸調整及びフォーカス制御を行う例を示す。
【００８６】本例においては、図７に示すように、前述
の図３と同様、アーム３３に板ばね等の弾性体３４を介
して、正圧エアー４９の噴出口３６及び負圧エアー５０
の吸引口３７を被照射体２２の対向面に有する筒状のエ
アーパッド３５が取付けられ、このエアーパッド３５の
内側に、軸心方向に変位するように変位手段２６となる
例えば環状のピエゾスタックを介して収束レンズ２１を
保持した鏡胴２８が支持されて構成される。
【００８７】エアー噴出口３６及びエアー吸引口３７
は、夫々例えば環状に形成されると共に、エアーパッド
３５の軸心に対して同心円状に形成され、かつ特に、エ
アー噴出口３６はエアー吸引口３７の外周側に位置する
ように設けられる。
【００８８】収束レンズ２１は、例えば前述と同様に対
物レンズ３１とＳＩＬ３２とが同一光軸上に保持されて
構成される。収束レンズ２１は、初期状態、即ち変位手
段２６のピエゾスタックに電圧を印加しない状態では、
ＳＩＬ３２の底面がエアーパッド３５の被照射体２２に
対向する底面より奥に引っ込んだ配置とし、変位手段２
６のピエゾスタックに電圧を印加することによりＳＩＬ
３２の底面がエアーパッド３５の底面より飛び出し、浮
上量以上に伸びることが可能な配置とする。
【００８９】変位手段２６であるピエゾスタックのエア
ーパッド３５への取り付け面には、厚み方向に弾性を有
する弾性部材、好ましくは弾性シート例えばゲル状シー
ト５７を挟み込み、図４に示すように、複数点好ましく
は３点以上例えば４点でネジ５６により変位手段２６の
ピエゾスタックとエアーパッド３５とを一体化する。５
８は、ピエゾスタックに接合された基板を示し、この基
板５８にネジ止めされる。
【００９０】その他の構成は、前述の図３で説明したと
同様なので、対応する部分には、同一符号を付して重複
説明を省略する。
【００９１】この図７に示す収束レンズ２１を含むフォ
ーカス制御機を備えたビーム照射装置を、例えば情報記
録媒体を作製するスタンパーを得るための原盤作製の露
光装置に適用した場合を例に説明する。
【００９２】図７及び図８に、このビーム照射装置の光
学系を示す。この光学系は、レーザビーム発生器（図示
せず）から出射され、コリメータレンズ（図示せず）で
平行光とされたレーザビームＬの光路上に、ビームスプ
リッタ（例えばハーフミラー）６１、偏光ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳ）６２、１／４波長板（ＱＷＰ）６３及び
ミラー６４が設けられ、ミラー６４で反射したレーザビ
ームＬを収束レンズ２１に入射するように構成される。
また、収束レンズのＳＩＬ３２での反射光及び被照射体
２２での反射光による戻り光が偏向ビームスプリッタ６
２で光路変換された光路上にスクリーン６５、遮光マス
ク６６、集光レンズ６７及び第１の検出素子、例えばフ
ォトディテクタ６８が配される。スクリーン６５及び遮
光マスク６６は、光路上の位置及び光路から離れた位置
間を移動可能に配される。さらに、ビームスプリッタ６
１で反射したレーザビームの光路上に集束レンズ６９を
介して第２の検出素子、例えばフォトディテクタ７０が
配される。
【００９３】先ず、収束レンズ２１の傾斜調整、即ち光
軸調整が行われる。このレンズ傾斜調整方法は、図７に
示すように、表面を例えば金属メッキ等により高反射面
７１とした基板７２を用意し、この基板７２の高反射面
７１上に収束レンズ２１を取り付けたエアーパッド３５
を置く。この状態ではエアーパッド３５の軸心は基板７
２に対して垂直となっている。
【００９４】レーザビーム発生器から直線偏光で出射さ
れ、ビームスプリッタ６１、偏光ビームスプリッタ６２
及び１／４波長板６３を透過して円偏光となったレーザ
ビームＬを、ミラー６４を介して基板７２の面に対して
垂直にアライメントし、エアーパッド３５内の収束レン
ズ２１に入射する。収束レンズ２１、従ってそのＳＩＬ
３２の円柱状突起３２ａの底部平面及び基板７２で反射
した戻り光は、ミラー６４で反射し、１／４波長板６３
を透過した後、偏光ビームスプリッタ６２で分離され光
路変更されて、スクリーン６５に投影される。
【００９５】収束レンズ２１のＳＩＬ３２の底部平面で
の反射光は、後述するように、主に全反射した輪帯（い
わゆるリング）形状ビームとなって戻り、また基板７２
の表面７１で反射したビームは、ＳＩＬ３２の円柱状突
起３２ａで散乱され、その投影像が再度基板７２で反射
されて収束ビームとして戻る。この収束ビームは、ＳＩ
Ｌ３２と基板７２間で生ずる干渉光として戻る。
【００９６】そして、図９に示すように、ＳＩＬ３２で
全反射した輪帯形状ビーム７４と、ＳＩＬ３２の中央の
円柱状突起３２ａと基板７２間で生じる干渉光（従って
干渉縞）７５がスクリーン６５に投影されることで、そ
れらの光軸Ｏ1 及びＯ2 のずれを確認できる。ＳＩＬ３
２の円柱状突起３２ａの中心が光軸に一致しているとし
て、輪帯形状ビーム７４と干渉光７５の光軸が一致する
ように、エアーパッド３５に対してゲル状シート５７を
挟んで変位手段２６のピエゾスタックを取り付けるため
の４本のネジ５６の締め具合を調整する。これにより、
収束レンズ２１の光軸は、基板７２及びエアーパッド３
５の底面に対して垂直となり、ＳＩＬ３２の底部平面も
基板７２に対して平行となる。
【００９７】尚、本例では、エアーパッド３５と変位手
段２６のピエゾスタックとの取付け接触面にゲル状シー
ト５７を挟み込んだが、又は／及び収束レンズ２１を保
持する鏡胴２８の変位手段２６であるピエゾスタックと
の取り付け接触面にゲル状シート５７を挟み込むように
してもよい。
【００９８】ここで、図１１に示すように、開口数Ｎ．
Ａ．が所定値、例えば前述したように、この最大入射角
θmax よりも小さい一定の入射角θ0 と屈折率ｎとの積
ｎ×ｓｉｎθ0 が１．０になるように屈折率ｎ及び最大
入射角θmax を設定したとすると、開口数が所定値、即
ち１よりも大きくなる入射角で対物レンズ２１からＳＩ
Ｌ３２に入射した光（入射光の高周波成分）は、ＳＩＬ
３２が基板に接触しているときにはＳＩＬ３２の基板と
の対向面をほとんど透過して基板に照射されるのに対
し、ＳＩＬ３２が基板から離れるにつれて、この対向面
での高周波成分の反射率が急激に増加していき、ＳＩＬ
３２が基板からニアフィールドを超えて離れると、対向
面でほぼ１００％反射される。従って、ＳＩＬ３２の底
部平面で反射した戻り光は輪帯形状（図１１の斜線部分
を参照）となって図９に示すようにスクリーン６５上に
投影される。また、開口数が所定値、即ち１．０よりも
小さくなる入射角で対物レンズ３１からＳＩＬ３２への
入射光（入射光の低周波成分）はＳＩＬ３２を通過し基
板７２表面で反射して干渉光７５となってスクリーン６
５上に投影される。
【００９９】次に、原盤露光に入る。エアーパッド３５
下面からエアー噴出口３６、従ってその円環状に配置し
た多孔質カーボンを通して正圧エアー４９を噴出（供
気）してエアーパッド３５を浮上させる。次に、図８に
示すように、被照射体、即ち基板４８の表面にフォトレ
ジスト層４７を塗布した原盤２２を用意し、原盤２２を
静止させた状態で、エアーパッド３５の水平を保ちなが
ら原盤２２上に降下させる。
【０１００】浮上によりエアーパッド３５の支持荷重が
０になるまで降下させたところで、エアー吸引口３７を
通して負圧エアー５０の吸引（吸気）を行う。例えば供
気圧力５ｋｇｆ、吸気圧力を大気圧−１００ｍｍＨｇと
する。吸気圧力が大きくしすぎると、ダウンフォースの
働きによってエアーパッド３５が原盤２２に衝突する可
能性が生じる。逆に吸気圧力を小さくしすぎると原盤に
うねりがある場合に追従しきれず、正圧の浮上力によっ
てはじかれてしまう。この正負エアー圧のバランスによ
って、前述の図３で説明したようにエアー膜に剛性が生
じ、原盤２２のうねりに追従する。
【０１０１】次に露光工程に入る。このとき、図８に示
すように、スクリーン６５は光路から外れた位置に後退
し、代わって遮光マスク６６が光路上に配置される。こ
の遮光マスク６６は、図１０に示すように、いわゆる低
周波成分の戻り光を遮光する大きさに形成されている。
【０１０２】露光時には変位手段２６のピエゾスタック
に所要の電圧が印加されて、収束レンズ２１のＳＩＬ３
２と原盤２２間の距離がニアフィールド内に入るように
収束レンズ２１がエアーパッド３５の底面より飛び出
す。
【０１０３】レーザビーム発生器（図示せず）から出射
された直線偏光のレーザビームは、コリメータレンズ
（図示せず）で平行光とされ、ビームスプリッタ６１を
透過して偏光ビームスプリッタ６２に入射する。偏光ビ
ームスプリッタ６２を通過し、１／４波長板６３で円偏
光とされたレーザビームＬはミラー６４で反射されて収
束レンズ２１を通して原盤２２上のフォトレジスト層４
７を選択的に露光する。
【０１０４】この露光工程時にフォーカス制御が行われ
る。露光ビーム、即ちレーザビームＬが収束レンズ２１
に入射され、前述のθ0 よりも大きな入射角で対物レン
ズ３１からＳＩＬ３２に入射したレーザビーム（高周波
成分）がＳＩＬ３２の底部平面で反射され、この反射さ
れたレーザビームが対物レンズ３１、ミラー６４を経て
１／４波長板６３で最初とは直交する直線偏光とされて
偏光ビームスプリッタ６２で反射され、集光レンズ６７
を介してビーム強度モニタ用のフォトディテクタ６８で
光強度を電圧値として検出される。
【０１０５】一方、レーザビーム発生器から出射された
レーザビームの一部がビームスプリッタ６１で反射さ
れ、集光レンズ６９を介してビーム強度モニタ用のフォ
トディテクタ７０で光強度を電圧値として検出される。
【０１０６】ここでは、ＳＩＬ３２を原盤２２から十分
に離した場合のレーザビーム（高周波成分）の全反射光
量を基準光量とする。このため、フォトディテクタ７０
で得られた値に所定の係数を掛けた値を基準光量に相当
する信号として、演算回路７６に送られる。フォトディ
テクタ６８で検出された光量を示す信号も演算回路７６
に送られる。
【０１０７】演算回路７６ではＳＩＬ３２と原盤２２間
の距離が、一定の距離、即ちニアフィールドに入る距離
であるときの一定値レベル、例えば基準光量の６０％に
まで下がったところのレベルを制御目標値として記憶し
ている。
【０１０８】そして、演算回路７６は、制御目標値と、
フォトディテクタ６８からの光量との差に基づいて、フ
ォーカス制御信号を生成する。この制御信号をフォーカ
スエラー検出部４６に送り、基準光量に対してフォトデ
ィテクタ６８からの光量が上記一定値レベルになったと
ころで、この光量を保持するように、変位手段２６のピ
エゾスタックの伸縮を制御する。これにより、ＳＩＬ３
２と原盤２２間の距離（ギャップ）を一定に保持するこ
とができる。
【０１０９】この状態、つまり全反射光量が減少した状
態は、ＳＩＬ３２が原盤２２に対してニアフィールドに
まで接近しているときに生じる。このことから、距離
（ギャップ長）を安定に保持できれば、ニアフィールド
で距離の制御ができたことになる。
【０１１０】変位手段２６のピエゾスタックの長さを制
御してＳＩＬ３２と原盤２２間の距離がレーザビームの
波長程度以下となるとＳＩＬ３２に入射された高周波成
分のレーザビームは原盤２２側へ透過するので、反射光
量が減少する。このとき、全反射による輪帯形状の全反
射戻り光以外に、ＳＩＬ３２の底部平面と原盤２２間で
生じる干渉縞が重畳し、その干渉縞による強度振動が全
反射光による距離（ギャップ長）制御においてはノイズ
となる。
【０１１１】しかし、図１０に示すようにフォトディテ
クタ６８への戻り光ＬＲの光路上に、輪帯形状の全反射
戻り光（斜線図示）が透過するような円形の遮光マスク
６６が配されていることによって、干渉光は除去され、
主に全反射戻り光のみが透過する。この遮光マスク６６
により、強度振動はＳＩＬ３２と原盤２２間の距離（ギ
ャップ長）制御に影響を与えない程度に抑えることがで
きる。
【０１１２】全反射光強度の変化を変位手段２６のピエ
ゾスタックに印加する電圧にフィードバックし、原盤２
２が静止している状態で、上記距離（ギャップ長）を約
２５０ｎｍの位置にサーボ制御したところ、距離（ギャ
ップ長）の揺らぎは最大幅で約１ｎｍの範囲に抑えるこ
とができた。また、原盤２２を約６００ｒｐｍで回転さ
せ、半径約４０ｍｍの位置で距離（ギャップ長）制御を
行った結果、その揺らぎの大きさは最大幅で約１０ｎｍ
に抑えられた。
【０１１３】上述したように、本例においては、正圧エ
アーの噴出口３６を負圧エアーの吸引口３７の外周側に
配置したことにより、エアーの噴出、吸引の位置的バラ
ンスが取れ、エアーパッド３５を安定した姿勢で浮上さ
せることができる。
【０１１４】ＳＩＬ３２をエアーパッド３５底面より引
っ込ませておくことで、ニアフィールドのギャップ長を
制御する時以外にＳＩＬ３２が原盤に衝突することを回
避できる。弾性部材、例えばゲル状シート５７を介して
エアーパッド３５と変位手段２６とをネジ締で固定する
ように構成するので、このゲル状シート５７の柔軟性を
利用して、収束レンズ２１の傾き調整、いわゆる光軸調
整を容易且つ高精度にすることができる。
【０１１５】又、被照射体２２との高精度な平行度が要
求されるＳＩＬ３２の傾斜調整において視覚的で容易な
方法により高精度な調整が実現できる。
【０１１６】偏光ビームスプリッタ６２と１／４波長板
６３の使用により、上記距離（ギャップ長）制御に利用
する全反射戻り光の強度を大きくし、さらに、遮光マス
ク６６を用いることにより、ノイズとなる干渉光の強度
を抑えることができ、距離（ギャップ長）制御における
検出信号強度対ノイズ強度の比（Ｓ／Ｎ比）が大きく取
れ、制御が高精度化される。
【０１１７】尚、上述したビーム照射装置は、フォトレ
ジスト層４７に対する露光に用いられるビーム照射装置
に限られるものではなく、例えばその被照射体２２が、
記録可能な情報記録媒体、例えばいわゆるＣＤ−Ｒ、あ
るいは光磁気記録層を有する光磁気記録媒体、または相
変化による記録がなされる記録層等を有する情報記録媒
体に対する情報記録を行う光記録装置としての光学装
置、あるいはこの記録情報の再生を行ういわゆるピック
アップ装置としての光学装置を構成することができる。
【０１１８】また、本発明においては、上述したビーム
照射装置の構成による光学装置を備えて情報の記録及び
／又は再生を行う記録及び／又は再生装置を構成するこ
とができる。
【０１１９】本発明に係るビーム照射装置、フォーカス
制御方法、全反射光検出方法、距離変化検知方法等は、
上例以外の用途にも適用できる。
【０１２０】本発明は、以上の例に限らず、本発明の要
旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうるこ
とはもちろんである。
【０１２１】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る請求項１及
び４に記載の距離変化検知方法及び装置によれば、例え
ば対物レンズと光ディスクとの間にソリッドイマージョ
ンレンズを介在させた光学系のような、光学記録媒体に
照射すべき光を集光する第１の光学手段と、この第１の
光学手段の開口数よりも大きな開口数を実現するために
第１の光学手段と光学記録媒体との間に介在させる第２
の光学手段とを有する光学系における、第２の光学手段
・光学記録媒体間の距離の変化を、精度良く検知するこ
とができるという効果が得られる。
【０１２２】また、本発明に係る請求項８及び１４に記
載のフォーカス制御方法及び装置によれば、こうした光
学系における第２の光学手段・光学記録媒体間の距離を
ニアフィールドの範囲内で高精度に制御することができ
るという効果が得られる。
【０１２３】なお、請求項２や請求項５に記載のよう
に、この反射光だけではなく、第１の光学手段への入射
光と第２の光学手段への入射光とのいずれか一方の入射
光をも検出し、この反射光及び入射光の光量の比を求め
るようにした場合には、入射光の強度に関係なく第２の
光学手段・光学記録媒体間の距離の変化を検知すること
ができるようになる。
【０１２４】また、こうした入射光の検出は、第２の光
学手段の対向面等の形状を従来のものから変更すること
なく行なうことができ、しかも、光学記録媒体の記録再
生装置や光学記録媒体の原盤の露光装置において、例え
ば光源である半導体レーザーの出力を制御するためのモ
ニター用のフォトディテクタを比を求めるためにそのま
ま利用すれば足りるので、新たな素子の追加等を最小限
に抑えることもできる。
【０１２５】さらに、請求項７に記載のように、第２の
光学手段の対向面と、光学記録媒体のうち信号記録面よ
りも第２の光学手段寄りの箇所との少なくともいずれか
一方に、光の反射を抑制する部材を配するようにした場
合には、対向面での高周波成分の反射光と他の光との干
渉による第２の光学手段・光学記録媒体間の距離の変化
の検知精度の低下が抑えられるので、この距離の変化を
一層精度良く検出することができるようになる。
【０１２６】請求項９に記載のように、正圧エアー及び
負圧アエーによって、収束レンズと被照射体間に生成さ
れるエアー膜を形成し、このエアー膜によってフォーカ
ス制御を行うときは、被照射体の低周波帯域でのうねり
に追従できる。即ち安定に且つ一定の応答速で追従する
ことができる。
【０１２７】また、請求項１０に記載のように、エアー
圧力を制御することにより、更に早い応答速度でフォー
カス制御を行うことができる。
【０１２８】請求項１１に記載のように、収束レンズを
電気的駆動手段により駆動し、焦点位置を補正するとき
は、被照射体の高周波数帯域のうねりに対しても追従し
高精度のフォーカス制御が行える。
【０１２９】請求項１２に記載の全反射光検出方法によ
れば、大きな強度で全反射戻り光を検出することができ
る。
【０１３０】請求項１３に記載の全反射光検出方法によ
れば、ノイズとなる干渉光の強度を抑え、高周波成分の
全反射戻り光を検出できる。従って、例えばフォーカス
制御に適用した場合、フォーカス制御に於ける検出信号
強度対ノイズ強度の比（Ｓ／Ｎ比）を大きく取ることが
でき、制御が高精度化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光ディスクドライブの光学系
とこの光ディスクドライブに装着される光ディスクとの
一例を示す側面図である。。
【図２】本発明を適用した光ディスクドライブの光学ピ
ックアップの一部とこの光ディスクドライブのフォーカ
ス制御系との一例を示す図である。
【図３】本発明によるビーム照射装置の収束レンズ部分
の概略断面図である。
【図４】本発明装置に於けるフォーカス制御機構の要部
の一例の平面図である。
【図５】本発明装置に於けるフォーカス制御機構の要部
の他例の平面図である。
【図６】本発明装置の収束レンズに適用されるＳＩＭの
断面図である。
【図７】本発明によるビーム照射装置の収束レンズ部分
の他の概略断面図である。
【図８】本発明装置の収束レンズの傾斜調整方法及びそ
の装置を示す構成図である。
【図９】本発明装置のフォーカス制御に用いられる全反
射光検出方法を示す構成図である。
【図１０】収束レンズの傾斜調整の説明図である。
【図１１】全反射光検出の説明図である。
【図１２】収束レンズの傾斜調整の説明図である。
【符号の説明】
１…対物レンズ、 ２…ソリッドイマージョンレンズ
（ＳＩＬ）、 ３…光ディスク、 ４…反射防止膜、
５，６２…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６，６３
…１／４波長板、 ７，９…集光レンズ、 ８，１０，
６８，７０…フォトディテクタ（ＰＤ）， １１，７６
…演算回路、 ２１…収束レンズ、 ２２…被照射体、
２６…変位手段、３５…エアーパッド、 ３６…エア
ー噴出口、 ３７…エアー吸引口、 ６５…スクリー
ン、 ６６…遮光マスク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月５日（１９９９．４．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６３】エアー噴出口３６には、パイプ３８を通じ
て高圧エアー供給源３９から高圧エアーが供給される。
エアー吸引口３７からはパイプ４０を通してエアー吸引
手段４１にエアーが吸引される。高圧エアー供給源３９
は、例えばその供給量、圧力を制御する制御手段４２が
設けられ、又、エアー吸引手段４１は例えば吸引量、圧
力を制御する制御手段４３が設けられる。この正圧エア
ー及び負圧エアーによって、収束レンズ２１の最終端面
が被照射体２２に対し、所要の距離を保持して対向させ
る初期の粗調整を行う。このようにして収束レンズ２１
の位置の選定を行う第１のフォーカス制御機構２４が構
成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９３】先ず、収束レンズ２１の傾斜調整、即ち光
軸調整が行われる。このレンズ傾斜調整方法は、図８に
示すように、表面を例えば金属メッキ等により高反射面
７１とした基板７２を用意し、この基板７２の高反射面
７１上に収束レンズ２１を取り付けたエアーパッド３５
を置く。この状態ではエアーパッド３５の軸心は基板７
２に対して垂直となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９６】そして、図１０に示すように、ＳＩＬ３２
で全反射した輪帯形状ビーム７４と、ＳＩＬ３２の中央
の円柱状突起３２ａと基板７２間で生じる干渉光（従っ
て干渉縞）７５がスクリーン６５に投影されることで、
それらの光軸Ｏ1 及びＯ2 のずれを確認できる。ＳＩＬ
３２の円柱状突起３２ａの中心が光軸に一致していると
して、輪帯形状ビーム７４と干渉光７５の光軸が一致す
るように、エアーパッド３５に対してゲル状シート５７
を挟んで変位手段２６のピエゾスタックを取り付けるた
めの４本のネジ５６の締め具合を調整する。これによ
り、収束レンズ２１の光軸は、基板７２及びエアーパッ
ド３５の底面に対して垂直となり、ＳＩＬ３２の底部平
面も基板７２に対して平行となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９８】ここで、図１２に示すように、開口数Ｎ．
Ａ．が所定値、例えば前述したように、この最大入射角
θmax よりも小さい一定の入射角θ0 と屈折率ｎとの積
ｎ×ｓｉｎθ0 が１．０になるように屈折率ｎ及び最大
入射角θmax を設定したとすると、開口数が所定値、即
ち１よりも大きくなる入射角で対物レンズ２１からＳＩ
Ｌ３２に入射した光（入射光の高周波成分）は、ＳＩＬ
３２が基板に接触しているときにはＳＩＬ３２の基板と
の対向面をほとんど透過して基板に照射されるのに対
し、ＳＩＬ３２が基板から離れるにつれて、この対向面
での高周波成分の反射率が急激に増加していき、ＳＩＬ
３２が基板からニアフィールドを超えて離れると、対向
面でほぼ１００％反射される。従って、ＳＩＬ３２の底
部平面で反射した戻り光は輪帯形状（図１１の斜線部分
を参照）となって図１０に示すようにスクリーン６５上
に投影される。また、開口数が所定値、即ち１．０より
も小さくなる入射角で対物レンズ３１からＳＩＬ３２へ
の入射光（入射光の低周波成分）はＳＩＬ３２を通過し
基板７２表面で反射して干渉光７５となってスクリーン
６５上に投影される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９９】次に、原盤露光に入る。エアーパッド３５
下面からエアー噴出口３６、従ってその円環状に配置し
た多孔質カーボンを通して正圧エアー４９を噴出（供
気）してエアーパッド３５を浮上させる。次に、図９に
示すように、被照射体、即ち基板４８の表面にフォトレ
ジスト層４７を塗布した原盤２２を用意し、原盤２２を
静止させた状態で、エアーパッド３５の水平を保ちなが
ら原盤２２上に降下させる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０１】次に露光工程に入る。このとき、図９に示
すように、スクリーン６５は光路から外れた位置に後退
し、代わって遮光マスク６６が光路上に配置される。こ
の遮光マスク６６は、図１１に示すように、いわゆる低
周波成分の戻り光を遮光する大きさに形成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１１】しかし、図１１に示すようにフォトディテ
クタ６８への戻り光ＬＲの光路上に、輪帯形状の全反射
戻り光（斜線図示）が透過するような円形の遮光マスク
６６が配されていることによって、干渉光は除去され、
主に全反射戻り光のみが透過する。この遮光マスク６６
により、強度振動はＳＩＬ３２と原盤２２間の距離（ギ
ャップ長）制御に影響を与えない程度に抑えることがで
きる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１２】全反射光強度の変化を変化手段２６のピエ
ゾスタックに印加する電圧にフィードバックし、原盤２
２が静止している状態で、上記距離（ギャップ長）を約
１００ｎｍの位置にサーボ制御したところ、距離（ギャ
ップ長）の揺らぎは最大幅で約１ｎｍの範囲に抑えるこ
とができた。また、原盤２２を約６００ｒｐｍで回転さ
せ、半径約４０ｍｍの位置で距離（ギャップ長）制御を
行った結果、その揺らぎの大きさは最大幅で約１０ｎｍ
に抑えられた。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学記録媒体に照射すべき光を集光する
    第１の光学手段と、 前記第１の光学手段の開口数よりも大きな開口数を実現
    するために該第１の光学手段と前記光学記録媒体との間
    に介在させる第２の光学手段とを有する光学系における
    前記第２の光学手段と前記光学記録媒体との間の距離の
    変化を検知する方法において、 開口数が所定値よりも大きくなる入射角で前記第１の光
    学手段から前記第２の光学手段に入射して該第２の光学
    手段のうち前記光学記録媒体に対向する面で反射した反
    射光を検出し、 前記反射光の光量に基づいて前記距離の変化を検知する
    ようにしたことを特徴とする距離変化検知方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の距離変化検知方法にお
    いて、 前記第１の光学手段への入射光と前記第２の光学手段へ
    の入射光とのいずれか一方の入射光を検出し、 前記反射光及び前記入射光の光量の比を求めることによ
    り前記距離の変化を検知するようにしたことを特徴とす
    る距離変化検知方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の距離変化検知
    方法において、 前記第２の光学手段はソリッドイマージョンレンズであ
    り、開口数が１よりも大きくなる入射角で前記第１の光
    学手段から前記第２の光学手段に入射して該第２の光学
    手段のうち前記光学記録媒体に対向する面で反射した反
    射光を検出することを特徴とする距離変化検知方法。
  4. 【請求項４】 光学記録媒体に照射すべき光を集光する
    第１の光学手段と、 前記第１の光学手段の開口数よりも大きな開口数を実現
    するために該第１の光学手段と前記光学記録媒体との間
    に介在させる第２の光学手段とを有する光学系における
    前記第２の光学手段と前記光学記録媒体との間の距離の
    変化を検知する装置において、 開口数が所定値よりも大きくなる入射角で前記第１の光
    学手段から前記第２の光学手段に入射して該第２の光学
    手段のうち前記光学記録媒体に対向する面で反射した反
    射光を検出する光検出手段と前記光検出手段で検出され
    た前記反射光の光量に基づいて前記距離の変化を検知す
    る検知手段とを備えたことを特徴とする距離変化検知装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の距離変化検知装置にお
    いて、 前記第１の光学手段への入射光と前記第２の光学手段へ
    の入射光とのいずれか一方の入射光を検出する第２の光
    検出手段をさらに備えており、 前記検知手段は、前記光検出手段で検出された前記反射
    光及び前記第２の光検出手段で検出された前記入射光の
    光量の比を求める比較手段から成ることを特徴とする距
    離変化検知装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の距離変化検知
    装置において、 前記第２の光学手段はソリッドイマージョンレンズであ
    り、 前記光検出手段は、開口数が１よりも大きくなる入射角
    で前記第１の光学手段から前記第２の光学手段に入射し
    て該第２の光学手段のうち前記光学記録媒体に対向する
    面で反射した反射光を検出することを特徴とする距離変
    化検知装置。
  7. 【請求項７】 請求項４乃至６のいずれかに記載の距離
    変化検知装置において、 前記第２の光学手段のうち前記光学記録媒体に対向する
    面と、前記光学記録媒体のうち信号記録面よりも前記第
    ２の光学手段寄りの箇所との少なくともいずれか一方
    に、光の反射を抑制する部材を配したことを特徴とする
    距離変化検知装置。
  8. 【請求項８】 光学記録媒体に照射すべき光を集光する
    第１の光学手段と、 前記第１の光学手段の開口数よりも大きな開口数を実現
    するために該第１の光学手段と前記光学記録媒体との間
    に介在させる第２の光学手段とを有する光学系における
    前記第２の光学手段と前記光学記録媒体との間の距離を
    制御するフォーカス制御方法において、 開口数が所定値よりも大きくなる入射角で前記第１の光
    学手段から前記第２の光学手段に入射して該第２の光学
    手段のうち前記光学記録媒体に対向する面で反射した反
    射光を検出し、 前記反射光の光量に基づいて前記距離の変化を検知し、
    該検知結果に基づいて前記距離を制御するようにしたこ
    とを特徴とするフォーカス制御方法。
  9. 【請求項９】 収束レンズのフォーカス制御方法であっ
    て、 前記収束レンズを正圧エアーによって被照射体の面上に
    浮上させ、かつ負圧エアーによって前記収束レンズを前
    記被照射体側に吸い寄せることを特徴とするフォーカス
    制御方法。
  10. 【請求項１０】 前記エアー圧力を制御して前記収束レ
    ンズと上記被照射体との間の距離を制御することを特徴
    とする請求項９に記載のフォーカス制御方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載するフォー
    カス制御方法であって、 前記収束レンズを電気的駆動手段により駆動し、焦点位
    置を補正することを特徴とするフォーカス制御方法。
  12. 【請求項１２】 レーザビームを偏光ビームスプリッタ
    及び１／４波長板を透過してソリッドイマージョンレン
    ズ又はソリッドイマージョンミラーを含む収束レンズに
    入射し、 該収束レンズからの戻り光を、前記偏光ビームスプリッ
    タに再入射して入射ビーム源とは別方向に分離して、前
    記収束レンズからの全反射光を検出することを特徴とす
    る全反射光検出方法。
  13. 【請求項１３】 ソリッドイマージョンレンズ又はソリ
    ッドイマージョンミラーを含む収束レンズからの戻り光
    の光路上に、遮光マスクを配置し、 前記戻り光のうちの前記収束レンズ端面を含む複数の面
    で干渉した光を遮光し、前記収束レンズ底面で全反射し
    た光を検出することを特徴とする全反射光検出方法。
  14. 【請求項１４】 光学記録媒体に照射すべき光を集光す
    る第１の光学手段と、 前記第１の光学手段の開口数よりも大きな開口数を実現
    するために該第１の光学手段と前記光学記録媒体との間
    に介在させる第２の光学手段と、を有する光学系におけ
    る前記第２の光学手段と前記光学記録媒体との間の距離
    を制御するフォーカス制御装置において、 開口数が所定値よりも大きくなる入射角で前記第１の光
    学手段から前記第２の光学手段に入射して該第２の光学
    手段のうち前記光学記録媒体に対向する面で反射した反
    射光を検出する光検出手段と、 前記光検出手段で検出された前記反射光の光量に基づい
    て前記距離の変化を検知する検知手段と、 前記検知手段の検知結果に基づいてフォーカスアクチュ
    エータの駆動を制御する制御手段とを備えたことを特徴
    とするフォーカス制御装置。
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