JP4250794B2 - 距離変化検知方法及び装置、フォーカス制御方法及び装置、並びに全反射光検出方法 - Google Patents
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Description
【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（ＳＩＬ）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、ＳＩＭ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、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に１／４波長板を設け、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とともに、前記１／４波長板で、前記偏光ビームスプリッタを経た光を変換するとともに、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で反射した反射光を変換し、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ものであって、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方法を提案する。
【００１３】
また、請求項４に記載のように、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に設けた１／４波長板と、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装置を提案する。
【００１４】
また、請求項８に記載のように、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に１／４波長板を設け、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とともに、前記１／４波長板で、前記偏光ビームスプリッタを経た光を変換するとともに、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で反射した反射光を変換し、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方法を提供する。
【００１５】
また、請求項９に記載のように、請求項偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に設けた１／４波長板と、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装置を提案する。
【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、ＳＩＬ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θmax 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、ＳＩＬ２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１００％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ＳＩＬ２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、ＰＢＳ５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、ＳＩＬ２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ＰＤ８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ＳＩＬ２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ＰＤ１０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ＳＩＬ２・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２１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。
【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，３８ｂ，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，３８ｂ，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２４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５０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、その追従をより早めるために、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（Secondary 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１７０ｎｍ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３５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２２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ＳＩＬ３２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４０ｎｍ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１ｍｒａｄ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ＳＩＭ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２６のピエゾスタックに電圧を印加することによりＳＩＬ３２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。５８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６２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６１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７２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ＳＩＬ３２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、ＳＩＬ３２と基板７２間で生ずる干渉光として戻る。
【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。
ＳＩＬ３２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。
【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ＳＩＬ３２に入射した光（入射光の高周波成分）は、ＳＩＬ３２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、ＳＩＬ３２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。
【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。
【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。
【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ＳＩＬ３２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４７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、ＳＩＬ３２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。
【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２２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。
【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エアーによって、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
【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（ＳＩＬ）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、ＳＩＭ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、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に１／４波長板を設け、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とともに、前記１／４波長板で、前記偏光ビームスプリッタを経た光を変換するとともに、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で反射した反射光を変換し、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ものであって、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方法を提案する。
【００１３】
また、請求項４に記載のように、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に設けた１／４波長板と、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装置を提案する。
【００１４】
また、請求項８に記載のように、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に１／４波長板を設け、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とともに、前記１／４波長板で、前記偏光ビームスプリッタを経た光を変換するとともに、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で反射した反射光を変換し、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方法を提供する。
【００１５】
また、請求項９に記載のように、請求項偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを経て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、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に設けた１／４波長板と、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装置を提案する。
【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、ＳＩＬ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θmax 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、ＳＩＬ２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１００％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ＳＩＬ２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、ＰＢＳ５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、ＳＩＬ２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ＰＤ８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ＳＩＬ２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ＰＤ１０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ＳＩＬ２・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２１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。
【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，３８ｂ，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，３８ｂ，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２４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５０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、その追従をより早めるために、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（Secondary 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１７０ｎｍ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３５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２２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ＳＩＬ３２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４０ｎｍ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１ｍｒａｄ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ＳＩＭ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２６のピエゾスタックに電圧を印加することによりＳＩＬ３２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。５８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６２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６１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７２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ＳＩＬ３２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、ＳＩＬ３２と基板７２間で生ずる干渉光として戻る。
【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。
ＳＩＬ３２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。
【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ＳＩＬ３２に入射した光（入射光の高周波成分）は、ＳＩＬ３２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、ＳＩＬ３２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。
【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。
【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。
【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ＳＩＬ３２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４７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、ＳＩＬ３２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。
【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２２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。
【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エアーによって、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
Claims (7)
- 偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを経て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、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に１／４波長板を設け、
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とともに、
前記１／４波長板で、前記偏光ビームスプリッタを経た光を変換するとともに、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で反射した反射光を変換し、
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ものであって、
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。 - 請求項１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。
- 偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを経て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、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に設けた１／４波長板と、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の光検出手段とを備え、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。 - 請求項３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。
- 請求項３または４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。
- 偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを経て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、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に１／４波長板を設け、
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とともに、
前記１／４波長板で、前記偏光ビームスプリッタを経た光を変換するとともに、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で反射した反射光を変換し、
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ものであって、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して、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。 - 偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを経て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、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１の光学手段との間に設けた１／４波長板と、
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の光検出手段とを備え、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とからなっているとともに、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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