JP3708446B2 - フォーカスサーボ方式及び光ディスク原盤露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォーカスサーボ方式及び光ディスク原盤露光装置に関し、より具体的には、次世代高密度ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光ディスク製造過程のマスタリング工程におけるガラスレジスト原盤への露光記録を行う際に用いて好適なフォーカスサーボ方式及び光ディスク原盤露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクの量産にあたっては、まず、ガラス基板上にレジストを塗布した原盤を露光して記録ピットを形成し、この原盤から所定の金型を製作してスタンパにより量産するというプロセスが一般的に採用されている。
【０００３】
感光性レジストが塗布された原盤に対して、常にフォーカスやトラッキングが最適化された記録光（露光ビーム）を照射するためには、記録光とは異なる波長の「補助光」が必要とされる。つまり、レジストの感度が低い波長の補助光を用いて記録光のフォーカスを書き込み中にダイナミックに調節する必要がある。
このため、従来の光ディスク原盤露光装置においては、第２レーザ（補助光）の原盤からの戻り光によるフォーカス誤差信号（以下、「ＦＥ２」と略す）を基に、記録光を合焦サーボする方式が採られていた。
【０００４】
但し、第１レーザ（記録光）と第２レーザ（補助光）の波長が異なると、露光装置の対物レンズが収差を生ずる場合がある。これに対して、従来は、異なる波長のレーザ光を対物レンズ入射しても、波長に依存した収差（色収差）が極力小さくなるように対物レンズの構成が工夫されていた。このようにすれば、第１レーザ（記録光）戻り光によるフォーカス誤差信号（ＦＥｌ）とＦＥ２とは、若干の光学系の工夫で、焦点位置近傍においては、ほぼ同一の信号を得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ディスクの記録密度が高密度化するに従って、記録光も短波長化する必要が生ずる。すると、色収差のない高ＮＡ対物レンズの設計そのものが極めて難しくなるという問題が生ずる。例えば、従来、波長３５１ナノメータの記録光を用いる場合には、対物レンズの色収差を抑制することが可能であったが、より高密度記録のために、波長２６６ナノメータの記録光を採用しようとすると、色収差を抑制した対物レンズの入手が困難になる。そこで、この場合には、色収差を考慮したフォーカス誤差検出用の光学設計が必要とされる。
【０００６】
図１２は、本発明者が本発明に至る過程で検討した原盤露光装置の要部構成を表す概念図である。
【０００７】
その構成を簡単に説明すると以下の如くである。すなわち、スピンドルモータ１１０により回転されるターンテーブル１１２上に原盤１１４が設置される。記録光１２０は、ダイクロイックプリズム１２２と対物レンズ１２４を介して原盤１１４に照射される。一方、補助光は、第２レーザ光源１３０から拡大光学系１３２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３４、１／４波長板１３６、ミラー１３８、開口絞り１４０、第１集光レンズ１４２、ダイクロイックプリズム１２２、対物レンズ１２４を介して原盤１１４に照射され、その反射光は、逆の経路により、対物レンズ１２４〜ＰＢＳ１３４を介して、第２集光レンズ１５０、シリンドリカルレンズ１５２により集光されて光検出器１５４により検出される。
【０００８】
以上概説した構成において、記録光１２０は無限系すなわちほぼ平行光として対物レンズ１２４に入射する。一方、補助光は図示したように、有限系すなわち収束光として対物レンズに入射する。
【０００９】
このため、第１集光レンズ１４２から対物レンズ１２４までの距離が極めて重要になる。つまり、第１集光レンズ１４２から村物レンズ１２４までの距離が設計値と常に同一であれば、完全な色収差補正が可能であり、記録光の合焦条件において、補助光のフォーカス誤差信号ＦＥ２も常に零となる出力が得られるはずである。
【００１０】
ところが、ガラス原盤１１４に厚みの「ムラ」などがあるため、回転させた時に上下動が生ずる。このため、フォーカスサーボで対物レンズ１２４をガラス原盤１１４の上下動に追従させる必要がある。しかし、このように対物レンズ１２４を追従させると、対物レンズ１２４と第１集光レンズ１４２との距離が変化し、ＦＥ２はこの変位に相当する誤差を持つ出力信号になる。つまり、ＦＥ２をそのまま用いたのでは記録光１２０の合焦条件から外れてしまう場合が生ずることとなる。
【００１１】
逆にいえば、ＦＥ２をフィードバック信号とし対物レンズ１２４をフォーカスサーボさせると、記録光に対しては、原盤１１４の上下動と同期した大きなフォーカス誤差量が生ずることになる。
これを防ぐために、光学系全体をディスクの上下動に追従させる方法も考えられる。
【００１２】
図１３は、この方法を採用した場合の原盤露光装置の要部構成を例示する概念図である。すなわち、同図の装置においては、対物レンズ１２４からミラー１３８までの光学系が一体となって原盤１１４の上下動に追従して動く。しかし、この構成においては、フォーカス機構の可動部の重量が大きくなり、機構が複雑化するとともに追従性が劣化するという問題が生ずる。
【００１３】
以上説明したように、色収差のある対物レンズに対して、補助光によるフォーカスサーボを実施しようとすると、本来の記録光に対するフォーカス誤差量が大きくなり、誤差を焦点深度内に抑えることができないという問題が生ずる。
【００１４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、色収差を有する光学系において補助光のフォーカス誤差信号を基に対物レンズをフォーカスサーボしても、記録光に対するフォーカス誤差を十分に小さく抑えることが可能なフォーカスサーボ方式及び光ディスク原盤露光装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、対物レンズのフォーカスサーボアクチュエータ（ＶＣＭ）の変位と、記録光及び補助光の合焦条件の光学関係を基に、ＶＣＭ変位を計測して合焦条件のオフセットを電気的に補償するサーボ系を構成する。その要点は、以下の如くである。
【００１６】
（i）ＶＣＭ変位量を計測する手段を設けて、センサ値から記録光のフォーカス誤差量を推定する。
（ii）ＶＣＭ変位センサのドリフト影響を考慮して、ハイパスフィルタを設ける。
（iii）ＶＣＭ変位センサの代わりにＶＣＭ対物レンズ系の簡易運動モデル式とＶＣＭ電流指令値とから、ＶＣＭ変位を状態推定する。
【００１７】
より具体的には、本発明のフォーカスサーボ方式は、第１の波長を有する第１の光と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し被照射体に対して可動な集光レンズを介して集光した第２の光と、を前記集光レンズおよび前記被照射体に対して可動であり色収差を有する対物レンズを介して被照射体の被照射面に入射し、
【００１８】
前記集光レンズを前記被照射体に対して位置決めした後に、前記被照射面からの前記第２の光の戻り光により得られる第２のフォーカス誤差情報と前記集光レンズおよび前記対物レンズの相対位置のずれとから生成する、前記第１の光のフォーカス誤差に相当する第１のフォーカス誤差情報に基づいて、前記第１の光が前記被照射面において合焦するように前記対物レンズの変位を制御することで前記第１及び第２の光の合焦条件のずれを補正することを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記第１及び第２の光の合焦条件のずれは、前記対物レンズの前記変位により生ずるオフセットであるものとすることができる。
【００２０】
また、前記対物レンズの前記変位をセンサにより検出して、前記第１及び第２の光の合焦条件のずれを推定するようにしてもよい。
【００２１】
また、前記センサの出力にハイパスフィルタ処理を施すことにより、センサ出力に混入する低周波ノイズを除去することができる。
【００２２】
また、前記対物レンズを前記変位させるために駆動源に与える駆動信号に基づいて前記変位を推定することもできる。
【００２３】
一方、本発明の光ディスク原盤露光装置は、光ディスク原盤に記録するための露光波長を有する記録光と、前記露光波長とは異なる波長を有し前記光ディスク原盤に対して可動な集光レンズを介して集光した補助光と、を前記集光レンズおよび前記光ディスク原盤に対して可動であり色収差を有する対物レンズを介して前記光ディスク原盤の被照射面に入射し、駆動源により前記対物レンズを変位させつつ前記光ディスク原盤に露光記録する光ディスク原盤露光装置であって、
【００２４】
前記集光レンズを前記光ディスク原盤に対して位置決めした後に、前記被照射面からの前記補助光の戻り光により得られる第２のフォーカス誤差情報と前記集光レンズおよび前記対物レンズの相対位置のずれとから生成する、前記記録光のフォーカス誤差に相当する第１のフォーカス誤差情報に基づいて、前記記録光が前記被照射面において合焦するように前記駆動源により前記対物レンズの前記変位を制御することで前記記録光及び前記補助光の合焦条件のずれを補正する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
ここで、前記記録光及び補助光の合焦条件のずれは、前記対物レンズの前記変位により生ずるオフセットであるものとすることができる。
【００２６】
また、前記対物レンズの前記変位を検出するセンサをさらに備え、前記センサの出力に基づいて前記記録及び補助光の合焦条件のずれを推定するようにしてもよい。
【００２７】
ここで、前記センサの出力にハイパスフィルタ処理を施すことことにより、センサ出力に含まれる低周波ノイズを除去することができる。
【００２８】
また、前記駆動源に与える駆動信号に基づいて前記対物レンズの前記変位を推定するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態として、対物レンズの変位量を測定し、その測定値からフォーカス誤差量を推定するフォーカスサーボ方式について説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の要部構成を例示する概念図である。同図については、図１２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
第２レーザ光源１３０は、原盤１１４に塗布されたレジストの感度が低い波長でその閾値感度以下の低い強度の直線偏光レーザ光を射出する。このビーム幅を拡大光学系１３２で拡大し、偏光位相角を透過に調整した偏光ビームスプリツタ（ＰＢＳ）１３４を透過して、１／４波長板１３６に入射する。１／４波長板１３６でレーザ光は直線偏光から円偏光に変わり、第１集光レンズ１４２により集光された状態で対物レンズ１２４に入射する。対物レンズ１２４は、ヴォイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２６により原盤１１４の上下動に追従可能とされ、同時に変位センサ１２８によりその変位量が測定される。
【００３３】
また、本実施形態の装置は、原盤側をスピンドルモータ１１０ごと上下させる駆動系（図示せず）を備え、ＶＣＭ１２６のフォーカス系の中立点でサーボが可能なようにＺ方向の粗いフォーカスを調節することができる。
【００３４】
また、開口絞り１４０は、レーザ光の散乱成分を除去するためのものである。また、ダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラー）１２２は、記録光１２０の波長の光ビームを反射し、補助光波長のビームを透過する特性を有し、記録光と補助光とを合成して対物レンズ１２４に入射させるために用いている。
【００３５】
また、第１集光レンズ１４２は、対物レンズ１２４における波長による屈折率の違いを補正するための色収差補正レンズとして用いている。つまり、対物レンズ１２４における屈折率は、記録光と補助光との間で異なる。このため、記録光を平行光として供給するのに対して、補助光は第１集光レンズ１４２により収束光として供給する。このようにすれば、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔が所定の設計値に等しい場合は、対物レンズ１２４に平行光として入射した記録レーザ光１２０の焦点位置で、補助光も合焦状態となる。
【００３６】
また、第１集光レンズ１４２の焦点距離や、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔は、非点収差フォーカス検出系で十分な検出範囲と検出感度を保つ条件も加味して設定している。
【００３７】
以上説明したように、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔が所定の設計値と同一の場合には、補助光と記録光は、対物レンズ１２４から同一の距離で焦点を結ぶ。原盤１１４上で反射された補助光は、戻り光として、再び対物レンズ１２４、ダイクロイックプリズム１２０、第１集光レンズ１４２、１／４波長板１３６を介してＰＢＳ１３４に入射する。
【００３８】
この過程で、戻り光は、１／４波長板１３６で再び直線偏光ビームとなるが、第２レーザ光源１３０からの射出光とは９０度の位相差を持つため、ＰＢＳ１３４で反射され、第２集光レンズ１５０、シリンドリカルレンズ１５２を介して光検出器１５４に入射する。光検出器１５４は、４分割光検出器からなる非点収差フォーカス検出系であり、光信号を電気信号に変換する。
【００３９】
図２は、光検出器１５４の出力信号特性を表すグラフである。すなわち、光検出器１５４は、上下左右に４分割された受光部を有し、これら４つの受光部からの総和信号（和信号）と、対角和の差出力（差信号）とは、それぞれ、補助光のフォーカス誤差量に対して図示した関係を有する。
【００４０】
図２に例示した差信号が「ＦＥ２」に相当する信号で、「Ｓ字カーブ特性」と呼ばれる出力特性を有する。同図の例では、合焦点からのフォーカス誤差検出レンジが±４μｍレンジであり、この範囲内でフォーカス誤差検出が可能である。
【００４１】
次に、対物レンズ１２４周りのフォーカス駆動系の構成について説明する。
【００４２】
図３は、フォーカス駆動系の構成を例示する概念図である。このフォーカス駆動系は、フォーカス用ＶＣＭ１２６に加え、対物レンズ１２４の変位量を検出するための内装センサ１２８を有する。フォーカス駆動系は、ＶＣＭ１２６ヘの電流アンプ（図示せず）や、内装センサ１２８用のセンサアンプ（図示せず）を含んだものとしてもよい。
【００４３】
対物レンズ１２４はレンズホルダ１２５に接着固定され、レンズホルダ１２５と共に可動部を形成し、レンズホルダ１２５がＶＣＭ１２６の固定側と平行渦巻バネ１２９で接合されてた構成となっている。
【００４４】
また、カウンタウェイト１２７は、可動部の力点に対するバランスを取るために設けられている。対物レンズ１２４は、ＶＣＭ１２６のコイルの通電電流に比例した発生力で上下動する。また、ＶＣＭ１２６のコイルへの通電電流は、後に詳述するように、フォーカス制御器からの指令値により、図示しない電流アンプを介して供給される。
【００４５】
内装センサ１２８は、例えば、レンズホルダ上部に設けられた静電容量式の高精度変位センサとすることができ、対物レンズ１２４の変位量を検出して、図示しないセンサアンプ出力信号として電庄出力することが可能とされている。
【００４６】
ただし、ＶＣＭ１２６、センサ１２８、レンズホルダ１２５などの具体的な構成は、図３に例示したものに限定されず、当業者が適宜選択・設計変更して本発明の効果を同様に得ることができる。
【００４７】
以上説明した構成において、本実施形態では、センサ１２８により検出した対物レンズ１２４の変位量に応じて、補助光のフォーカス誤差信号（ＦＥ２）にオフセットを加え、記録光の合焦条件を調節する。
【００４８】
図４は、本実施形態にかかるフォーカスサーボ系の制御ブロックを例示する概念図である。
【００４９】
すなわち、同図の制御ブロックは、フォーカスセンサ２１０、フォーカス誤差（ＦＥ）シフト補正器２２０、制御器２３０、ＶＣＭ１２６及び変位センサ１２８を有する。ここで、フォーカスセンサ２１０は、図１に表した補助光の戻り光光学処理系に相当する。
【００５０】
図４において、制御系に入力されるパラメータＲは、ガラス原盤１１４の書き込み位置における基準高さに対する高さ変動を表し、例えば、原盤の書き込み位置での基準高さをＺdisk0、実際の高さをＺdiskとした場合に、次式で表すことができる。
【００５１】
Ｒ＝Ｚdisk−Ｚdisk0
【００５２】
また、この制御系から出力されるパラメータＺは、対物レンズ１２４の基準位置に対する駆動変位を表し、対物レンズの基準位置をＺLens0、目標位置をＺLensとした場合に、次式で表すことかできる。
【００５３】
Ｚ＝ＺLens−ＺLens0
【００５４】
フォーカスセンサ２１０には、これらのパラメータＲとＺとの差ｄｆが入力される。すなわち、ｄｆは、ガラス原盤面における記録光のフォーカス誤差に相当し、次式で表すことができる。
【００５５】
ｄｆ＝Ｒ−Ｚ
【００５６】
ここで、対物レンズの基準位置と原盤高さとの差をＺWDとすると、ｄｆはまた次式のように表すこともできる。
【００５７】

【００５８】
また、フォーカスセンサ２１０においては、パラメータｄが考慮される。ｄは、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔の所定の設計値（基準値）からのずれを表し、これは、対物レンズ１２４の基準位置に対する実位置のずれに対応する量である。第１集光レンズ１４２のＺ位置をＺL1、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４の間隔の基準値をＤ０とすると、ｄは次式で表すことができる。
【００５９】

ここで、εは無視しうる微少量である。
【００６０】
フォーカスセンサ２１０は、これらの入力パラメータに基づいて補助光のフォーカス誤差信号ＦＥ２を出力する。フォーカスセンサのＤＣ感度ゲインをａ、 オフセット係数をｋとすると、ＦＥ２は、次式で表すことができる。
【００６１】

【００６２】
オフセット係数ｋについては、後に図５及び図６を参照しつつ詳述する。
ＦＥシフト補正器２２０には、ＦＥ２とともに、センサ１２８の出力ｄsも入力される。ここで、センサ１２８のＤＣ感度ゲインをｂとすると、ｄsは次式により表すことができる。
【００６３】
ｄs≒ｂ・Ｚ
【００６４】
ＦＥシフト補正器２２０は、ＦＥ２とｄsとに基づいて、記録光のフォーカス誤差を推定し、そのフォーカス誤差に相当する出力ＦＥを生成する。ここで、ＦＥシフト補正器２２０が推定した記録光のフォーカス誤差量をｄｆ0とすると、その出力ＦＥは次式により表すことができる。
【００６５】

【００６６】
すなわち、ＦＥは、ｄｆ（ガラス原盤面における記録光のフォーカス誤差）に感度ゲインａを乗じた値に近似することができる。
【００６７】
図５は、記録光のフォーカス誤差量ｄｆとＦＥ２との関係を例示するグラフである。同図においては、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔の所定の設計値（基準値）からのずれｄが、−２０μｍ、−１０μｍ、０、＋１０μｍ、＋２０μｍのそれぞれの場合について両者の関係が示されている。
【００６８】
図５から分かるように、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔が設計位置からずれると、ｄｆとＦＥ２との間にはオフセットが生ずる。従って、ガラス原盤の上下動に追従させるように対物レンズ１２４をサーボさせると、集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との光軸方向の間隔が原盤上下動に伴って変化し、オフセット量が変化する。このオフセット量を考慮しなければ、正確なフォーカンシングはできない。
【００６９】
仮に、基準位置（ｄ＝０）の関係のみに基づいて、ＦＥ２からｄｆを決定した場合には、原盤の上下動に従って対物レンズが＋１μｍ程度変位しただけでも、記録光に対するフォーカス誤差が約２５ｎｍも発生してしまう。
【００７０】
図６は、代表的な条件における補助光の光路を図解した概念図である。すなわち、同図（ａ）〜（ｅ）においては、第１集光レンズ（色収差補正レンズ）１４２、対物レンズ１２４、原盤１１４の表面における補助光の入射・反射光路をそれぞれ表す。そして、原盤面での記録光のフォーカス誤差ｄｆ、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔ｄ、及びＦＥ２に関して場合分けして表した。また、これらの概念図においては、便宜上、レンズ光軸の左側に入射光を表し、右側に反射光を表したが、実際には、左右対称の光路が形成される。
【００７１】
図６（ａ）〜（ｅ）に表したように、補助光は、第１集光レンズ１４２に対しては、平行光として入射する。
【００７２】
そして、図６（ｂ）に表したように、記録光の合焦条件より原盤が遠い（ｄｆ＜０）と、補助光の戻り光は若干集束光となり、非点収差光学系の差信号によりＦＥ２＜０のフォーカス誤差信号が得られる。
逆に、図６（ｄ）に表したように、記録光の合焦条件よりも原盤が近い場合（ｄｆ＞０）は、若干発散光となり、ＦＥ２＞０のフォーカス誤差信号が得られる。
【００７３】
しかし、合焦状態（ｄｆ＝０）であっても、第１集光レンズ／対物レンズ間距離が設計位置からずれると、図６（ａ）及び（ｅ）に示したように、戻り光は集束光／発散光となり、見かけ上フォーカス誤差が生じている状態となる。
【００７４】
このような、第１集光レンズ／対物レンズ間距離の設計位置からの光軸方向ズレ量ｄをパラメータに、ＦＥ２出力と記録光のフォーカス誤差量ｄｆとの関係を表したものが図５である。
【００７５】
すなわち、ＦＥ２とｄｆとの間にはオフセットがあり、ＦＥ２は、上述したようにオフセット係数ｋを用いて次式により表すことができる。
【００７６】

【００７７】
図５に例示した具体例の場合、オフセット係数ｋ＝０．０２５７となる。
【００７８】
図４に表したＦＥシフト補正器２２０は、図５に例示したようなＦＥ２とｄｆとの間の関係と、変位センサからの出力ｄｓとに基づいて、記録光のフォーカス誤差ｄｆを推定する。
この推定に基づく出力ＦＥは、制御器２３０に入力され、その出力に基づいてＶＣＭ１２６が駆動され、対物レンズ１２４が記録光の合焦位置に調節される。
【００７９】
本具体例においては、ＶＣＭ１２６が駆動基準位置（中立位置）にある場合に、第１集光レンズ１４２と対物レンズ１２４との間隔が色収差補正の設計位置に一致するように調整され、変位センサ１２８の出力ｄsも０となる様に初期化してある。
【００８０】
ここで、一般に、原盤記録装置は、ＶＣＭフォーカス系の中立点でサーボが可能なように、フォーカス駆動系をＺ方向に上下動作させる粗いフォーカス駆動系を持つ。これに対して、本具体例においては、原盤側をスピンドルモータごと上下させる駆動系を備え、これにより粗フォーカスを調節すれば、基本的に第１集光レンズ／対物レンズ間距離のズレ量ｄは零のまま、フォーカス引込みを実施できる。
【００８１】
つまり、スピンドル回転に伴う原盤上合焦点スポット位置の上下変動がなければ、真のフォーカス誤差ｄｆが、そのままセンサ感度ゲイン倍されてＦＥ２として出力される。しかし、実際には、原盤１１４の厚さのムラなどによって１μｍ程度の原盤上下動があるため、ＶＣＭ１２６が追従駆動して変位する。上記したように、ほぼ対物レンズ中立点に粗フォーカスしておけば、ＶＣＭ１２６の変位Ｚは第１集光レンズ／対物レンズ間距離のズレ量ｄと等価になり、フォーカスセンサ出力ＦＥ２は、（１）式に従ってオフセット誤差項を含んだ出力となる。
【００８２】
また、ズレ量ｄと変位センサ出力ｄSとはほぼ同じ意味を有し、変位センサ１２８の感度係数に応じた比例関係を有するものと近似できる。すなわち、上記したように、変位センサ１２８のＤＣ感度ゲインｂを用いて、次式により表すことができる。
【００８３】
ｄs≒ｂ・Ｚ （２）
【００８４】
ＦＥシフト補正器２２０は、変位センサ出力ｄS、及びフォーカスセンサ出力ＦＥ２を基に、以下のようなオフセット誤差の除去処理を行う。
【００８５】
ＦＥ＝ａ・ｄｆ＝ＦＥ２−ｇ・ｄs （３）
但し、ｇ＝ｋ・ａ／ｂ
【００８６】
これにより、次式が得られる。
【００８７】

【００８８】
すなわち、記録光のフォーカス誤差でサーボする制御系に近似できる。
【００８９】
なお、本実施形態において、補助光側のフォーカス誤差検出系に非点収差光学系を用いたが、例えば、光テコ式のように公知のフォーカス誤差検出系を用いても良い。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態によれば、原盤の上下動に追従して補助光に対する色収差条件が変動した場合でも、これを補正することができる。その結果として、回転する原盤全周での記録光のフォーカス誤差を極めて小さく抑えることが可能となり、高密度の露光記録を安定して実施することが可能となる。
【００９１】
なお、対物レンズの上下変動量が小さいと、光学設計ズレ量ｄによる検出オフセット影響は、記録光学系の焦点深度程度に収まる場合もあるが、このような場合でも、実フォーカス誤差振動の残留振動を焦点深度より十分小さくしておかなければ、トラック全周の十分な記録安定性を確保できない。
【００９２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として光ディスク原盤１１４の厚みの個体差に応じた粗フォーカス処理を組み合わせたフォーカスサーボ方式について説明する。
【００９３】
図７は、本実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の要部構成を表す概念図である。同図については、図１乃至図６に関して前述した要素と同様のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９４】
前述した第１実施形態においては、スピンドルモータ１１０側が上下して粗フォーカス処理を実施する場合を例示したが、本実施形態においては、図７に表したように、フォーカス駆動系をＺ方向に上下動作させる粗フォーカス処理を行う。
【００９５】
粗フォーカス上下機構３００のベース側は、トラック送りを実施するスライダ３２０であり、この上部に図１に例示した光学系に相当するものが固定配置されている。記録光は第１レーザ導入・検出系３３０により供給・検出され、補助光は第２レーザ導入・検出系３４０により供給・検出される。
ただし、本実施形態においては、第１集光レンズ（色収差補正レンズ）１４２と対物レンズ１２４との間に、スライダ上固定配置された立ち下げミラー１３９が設けられ、この反射光が対物レンズ１２４に入射する。
【００９６】
また、可動部はフォーカス駆動系（ＶＣＭ１２６、対物レンズ１２４）であり、ＶＣＭフォーカス駆動変位を零にしたまま、対物レンズ１２４を数ｍｍ範囲で上下移動可能としている。
【００９７】
つまり、本実施形態においては、粗フォーカス駆動系３００を駆動させると集光レンズ１４２／対物レンズ１２４間の距離が変動することになる。集光レンズ１４２の位置は、所定の基準厚さのガラス原盤に対して粗フォーカス処理を行った際に、集光レンズ１４２／対物レンズ１２４間距離が設計値になるように固定されている。
【００９８】
以下に本実施形態における、粗フォーカス処理について説明する。粗フォーカス処理は、図４に関して前述したように、補助光の戻り光量の和信号と差信号とをモニタし、差信号であるＦＥ２がＳ字カーブ中心のゼロ交差位置になるように、粗フォーカス上下機構３００で、フォーカス駆動系（対物レンズ１２４など）を上下して位置決めする。その後、図示しないロック機構により、粗フォーカス上下機構３００をスライダ３２０に固定する。光ディスクの原盤露光などの用途においては、ナノメータ精度というきわめて精密なトラック送り精度が要求される。このため、トラック送り方向の高剛性化が必要であり、フォーカス上下機構の固定ロックは不可欠である。
【００９９】
この際、ガラス原盤１１４の厚さが、光学系調整時に採用した所定の基準厚さと同一であれば、集光レンズ１４２／対物レンズ１２４間距離のズレ量ｄは零となり、第１実施形態の場合と全く同じになる。しかし、実際にはガラス原盤１１４の厚さの個体差が１０μｍ程度ある。このため、この厚さバラツキに応じたズレ量ｄが発生し、ＦＥ２＝０に粗フォーカス処理した状態でも、記録光に対しての真のフォーカス誤差量は、（１）式に表したズレ量ｄに依存した程度存在することになる。この点が、第１実施形態との大きな違いであり、粗フォーカス後から信号記録までの間に新たな調節処理が必要とされる。
【０１００】
図８は、このオフセット誤差を除去するためのフォーカスセンサキャリブレーション処理を表す概念図である。
本実施形態におけるセンサキャリブレーションは、第１レーザ導入・検出系３３０において、記録光の戻り光によるフォーカス誤差信号ＦＥ１でフォーカスサーボする。このため、センサキャリブレーションは、原盤１１４の信号非記録領域において実施する。以下に、その零調整処理を図８を参照しつつ説明する。
【０１０１】
図８に表した第１フォーカスセンサ２１０Ａは、記録光の戻り光によるフォーカスセンサであり、図２乃至図４に関して前述したような非点収差光学系のＰＤ（フォトダイオード）差信号からＦＥ１信号を得るものである。また、第２フォーカスセンサ２１０Ｂは、補助光の戻り光によるフォーカスセンサであり、図２に例示したものと同様の構成を有し、図４に例示したような出力特性を有するものである。
【０１０２】
まず、原盤１１４の厚みに合わせた粗フォーカス処理の直後は、フォーカスサーボオフ状態であるが、ＦＥ２出力はほぼ零にあり、ＶＣＭ１２６の変位も零となっている。しかし、原盤１１４の厚みの基準値からずれに応じたオフセット影響があるため、実際のフォーカス誤差量はゼロではない。この状態で、記録光を原盤１１４に照射し、その戻り光によるフォーカス誤差信号ＦＥ１をモニタすると、実際のフォーカス誤差量がＦＥ１出力に反映され、ＦＥ１がオフセットした状態であると確認できる。
【０１０３】
次に、ＦＥ１を使い記録光に基づくフォーカスサーボを掛けると、ＦＥ１は零となるが、ＦＥ２出力が逆方向にオフセットする。このＦＥ２のＤＣオフセット成分を第２フォーカスセンサ２１０Ｂに出力オフセットＦＥ２_０として与えれば、第２フォーカスセンサ２１０Ｂの零調整が実現できるが、実際には原盤１１４の回転に伴う原盤上下動Ｒが発生するため、ＦＥ１とＦＥ２との誤差Ｅを求め、低ゲインのＰＩ（比例積分）動作とローパスフィルタとを組合せたオフセット調整器２１５により、ＦＥ２がＦＥ１の残留振動と一致するようにして、このＤＣオフセット成分を抽出する。
【０１０４】
第２フォーカスセンサ２１０Ｂの零調整後は、ＦＥ２_０はこの値にホールドされ、図１及び図３に例示した変位センサ１２８の零調整も実施される。以下に、原盤１１４の厚さの基準厚さに対する誤差をＺ０とし、原盤回転による原盤位置の上下変動がないとした場合の各フェーズでの状態変動関係を示す。
【０１０５】
粗フォーカス機構固定直後（サーボオフ）：
ｄ＝−Ｚ０／（１＋ｋ）
ｄｆ＝−Ｚ０・ｋ／（１＋ｋ）
ｄs＝０
ＦＥ２＝０
【０１０６】
精引込み直後の零調整前（第１サーボオン）：
ｄ＝−Ｚ０
ｄｆ＝０
ｄs＝−Ｚ０・ｋ／（１＋ｋ）
ＦＥ２＝ａ・ｋ・Ｚ０
【０１０７】
ＶＣＭ変位センサを含めた零調整後（第１サーボオン）：
ｄ＝−Ｚ０
ｄｆ＝０
ｄs＝０
ＦＥ２＝０
ｄsｏ＝Ｚ０・ｋ／（１＋ｋ）
ＦＥ２０＝−ａ・ｋ・Ｚ０
【０１０８】
センサキャリブレーション処理は以上であるが、その後、図４に関して前述したようにＦＥ２信号によるフォーカスサーボへの切替え処理、記録光の遮光処理が順次行われ、補助光フォーカスサーボ（ＦＥ２信号ＦＢ）のまま、スライダ３２０を記録開始位置に移動して、信号露光記録処理へと移行する。信号露光記録時のサーボに関しては、図４に関して前述したものと同様に実施できるので省略する。
【０１０９】
以上、本発明の第２の実施の形態として、原盤１１４の厚みの個体差に対応するための粗フォーカス調節について説明した。図７及び図８に関して前述した構成とは別に、図９に表したように、粗フォーカスのための可動部を立ち下げミラー１３８から対物レンズ１２４及びＶＣＭ１２６までの一体構成とする方法も考えられる。このようにすれば、粗フォーカスにより第１集光レンズ１４２と対物レンズ１４２との間隔がずれることを防ぐことができる。しかし、図９の構成の場合、粗フォーカスのための可動部の質量が大きく、機械的な負荷に対処した機構が必要とされる。この観点からは、図７及び図８に例示した構成の方が有利である。
【０１１０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、変位センサの出力などに含まれるノイズを除去するフィルタを設けた構成について説明する。
【０１１１】
図１０は、本実施形態にかかるフォーカスサーボの制御構成を表す概念図であるる。同図については、図１乃至図９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１２】
本実施形態においては、具体的な装置構成は第１実施形態のものでも第２実施形態のものでも良いが、図１０に例示した如く、色収差補正するフォーカスサーボ構成にハイパスフィルタ２４０が設けられている。
【０１１３】
第１実施形態においては、図４に関して前述したように変位センサ１２８でＶＣＭ１２６の変位Ｚが（２）式の如く検出されるとした。しかし、実際には、センサ１２８の出力は、センサ自体のローパス特性やセンサノイズなどを含んだものである場合が多く、必要帯域で近似しても、次式のようにセンサノイズｗを含んだ出力となることが多い。
【０１１４】
ｄs＝ｂ・Ｚ＋ｗ （４）
【０１１５】
特に、静電容量式変位計を変位センサに用いる場合、原盤１１４の回転周波数以下の一般に「ドリフト」と呼ばれる低周波ノイズが発生することがある。このドリフトレベルは、変位に換算して０．２μｍ程度と極めて小さいため、（１）式の係数から見て、フォーカス誤差にさほど影響するものではないが、原盤記録部の内外周差を生じ、記録ピットの全面安定性を低下させる要因になる。
【０１１６】
そこで、図１０に例示したように、低周波遮断のためのハイパスフィルタ２４０を設けて、このようなドリフトの除去を行う。ここで、原盤回転に伴う上下動変動の周波数は、ＳＰＭ１１０の回転周波数およびその高調波振動で構成されるので、ハイパスフィルタ２４０の遮断周波数は、ＳＰＭ１１０の回転周波数未満とすればよい。
【０１１７】
このようにハイパスフィルタ２４０を設けることにより、（４）式に例示した如くセンサ１２８の出力にノイズ成分が含まれていても、効果的に除去することができ、初期に十分なフォーカスセンサの零調整がなされていれば、（３）式に表した如く真のフォーカス誤差を推定でき、原盤１１４の全面に亘って高い精度で安定した露光記録を確保できる。
【０１１８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態として、対物レンズの変位をセンサによらずに推定するフォーカスサーボ方式について説明する。
【０１１９】
図１１は、本実施形態のフォーカスサーボ制御系を表す概念図である。同図についても、図１乃至図１０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２０】
本実施形態においては、図４などに例示したＶＣＭ駆動変位センサ１２８を不要としている点に特徴がある。ここで、フォーカスセンサ２１０が検出するのはフォーカス誤差量ｄｆであり、基本的には図３に例示したような変位センサ１２８を設けなければ、ＶＣＭ１２６の駆動変位Ｚを真に測定することはできない。
【０１２１】
しかし、ＶＣＭ１２６のコイルに電流を流していない初期状態が既知であり、レンズホルダ１２５のスライダ部に加わる外乱影響は一般的には無視できる程小さいので、ＶＣＭ１２６の変位Ｚは、その駆動電流から推定可能である。
【０１２２】
フォーカス駆動系の周波数特性は、高周波域に副共振や第２共振等の高次影響を持つが、原理的には、次式のような２次状態関数で近似できる。
【０１２３】
【数１】

【０１２４】
状態変数の初期状態は既知であるので、これをノミナルモデルとして、フォーカス駆動指令に対するＶＣＭ駆動変位Ｚの推定値を次式の様にオープン推定する。
【０１２５】
【数２】

【０１２６】
このＶＣＭ駆動変位推定値をノミナルＶＣＭモデル２５０によって演算し、ＦＥシフト補正器２２０に与えることにより、（３）式に関して前述した場合と同様に、記録光の真のフォーカス誤差を推定できる。その結果として、第１実施形態と同様の色収差によるオフセット影響を受けない高性能フォーカスサーボを、センサ１２８を用いることなく実現できる。
【０１２７】
ここで、ノミナルＶＣＭモデルは、実際には、計算機によるデジタル演算処理などにより実現する場合もある。そこで、ＦＥシフト補正器２２０、制御２３０、ノミナルＶＣＭモデル２５０をまとめて、高次ＩＩＲフィルタ表現に書き直し、ＦＥ２のＡ／Ｄ入力をＩＩＲフィルタに掛けて、この出力を制御器２３０の出力ｕとしてＤ／Ａ出力することもできる。
【０１２８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、記録光や補助光の波長や光源の種類、光学系の具体的な構成、原盤露光装置の具体的な構成などは、当業者が適宜選択し設計変更して本発明の効果を同様に得ることができる。
【０１２９】
また、本発明は、２種類の波長光を用いるフォーカスサーボに広く適用することが可能であり、その対象は光ディスク原盤露光装置に限定されず、追加型や書き換え可能型の高密度光ディスクの記録装置にも同様に適用可能である。
【０１３０】
また、複数の波長光を有する読みとり装置においても、同様に適用可能である。
【０１３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、色収差を有する対物レンズを用いた原盤露光装置などのフォーカスサーボ方式において、レジスト露光感度の低い補助光を用いてフォーカスサーボしても、対物レンズの原盤追従動作によるフォーカス誤差信号へのオフセット誤差影響がなくなり、記録光にとっての真のフォーカス誤差を小さくする事が可能になる。これにより、記録ピットの原盤回転位相による影響がなくなり、高い記録密度で記録安定性を十分に確保できるようになり産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の要部構成を例示する概念図である。
【図２】光検出器１５４の出力信号特性を表すグラフ図である。
【図３】第１実施形態のフォーカス駆動系の構成を例示する概念図である。
【図４】第１実施形態にかかるフォーカスサーボ系の制御ブロックを例示する概念図である。
【図５】 記録光のフォーカス誤差量ｄｆとＦＥ２との関係を例示するグラフである。
【図６】代表的な条件における補助光の光路を図解した概念図である。す
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる光ディスク原盤露光装置の要部構成を表す概念図である。
【図８】オフセット誤差を除去するためのフォーカスセンサキャリブレーション処理を表す概念図である。
【図９】粗フォーカス調節のための別の構成を表す概念図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態にかかるフォーカスサーボの制御構成を表す概念図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態のフォーカスサーボ制御系を表す概念図である。
【図１２】本発明者が本発明に至る過程で検討した原盤露光装置の要部構成を表す概念図である。
【図１３】色収差補正光学系全体を移動させる方法を採用した場合の原盤露光装置の要部構成を例示する概念図である。
【符号の説明】
１１０ スピンドルモータ
１１２ ターンテーブル
１１４ 原盤
１２０ 記録光
１２２ ダイクロイックプリズム
１２４ 対物レンズ
１２５ レンズホルダ
１２６ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１２７ カウンタウエイト
１２８ 変位センサ
１２９ 平行渦巻きバネ
１３０ 第２レーザ光源
１３２ 拡大光学系
１３４ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１３６ １／４波長板
１３８ ミラー
１４０ 開口絞り
１４２ 第１集光レンズ（色収差補正レンズ）
１５０ 第２集光レンズ
１５２ シリンドリカルレンズ
１５４ 光検出器
２１０ フォーカスセンサ
２１５ オフセット調整器
２２０ ＦＥシフト補正器
２３０ 制御器
２４０ ハイパスフィルタ
２５０ ノミナルＶＣＭモデル

Claims (10)

1. 第１の波長を有する第１の光と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し被照射体に対して可動な集光レンズを介して集光した第２の光と、を前記集光レンズおよび前記被照射体に対して可動であり色収差を有する対物レンズを介して前記被照射体の被照射面に入射し、
   前記集光レンズを前記被照射体に対して位置決めした後に、前記被照射面からの前記第２の光の戻り光により得られる第２のフォーカス誤差情報と前記集光レンズおよび前記対物レンズの相対位置のずれとから生成する、前記第１の光のフォーカス誤差に相当する第１のフォーカス誤差情報に基づいて、前記第１の光が前記被照射面において合焦するように前記対物レンズの変位を制御することで前記第１及び第２の光の合焦条件のずれを補正することを特徴とするフォーカスサーボ方式
2. 前記第１及び第２の光の合焦条件のずれは、前記対物レンズの前記変位により生ずるオフセットであることを特徴とする請求項１記載のフォーカスサーボ方式。
3. 前記対物レンズの前記変位をセンサにより検出して、前記第１及び第２の光の合焦条件のずれを推定することを特徴とする請求項１または２記載のフォーカスサーボ方式。
4. 前記センサの出力にハイパスフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項３記載のフォーカスサーボ方式。
5. 前記対物レンズを前記変位させるために駆動源に与える駆動信号に基づいて前記変位を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のフォーカスサーボ方式。
6. 光ディスク原盤に記録するための露光波長を有する記録光と、前記露光波長とは異なる波長を有し前記光ディスク原盤に対して可動な集光レンズを介して集光した補助光と、を前記集光レンズおよび前記光ディスク原盤に対して可動であり色収差を有する対物レンズを介して前記光ディスク原盤の被照射面に入射し、駆動源により前記対物レンズを変位させつつ前記光ディスク原盤に露光記録する光ディスク原盤露光装置であって、
   前記集光レンズを前記光ディスク原盤に対して位置決めした後に、前記被照射面からの前記補助光の戻り光により得られる第２のフォーカス誤差情報と前記集光レンズおよび前記対物レンズの相対位置のずれとから生成する、前記記録光のフォーカス誤差に相当する第１のフォーカス誤差情報に基づいて、前記記録光が前記被照射面において合焦するように前記駆動源により前記対物レンズの前記変位を制御することで前記記録光及び前記補助光の合焦条件のずれを補正する制御手段を備えたことを特徴とする光ディスク原盤露光装置。
7. 前記記録光及び補助光の合焦条件のずれは、前記対物レンズの前記変位により生ずるオフセットであることを特徴とする請求項６記載の光ディスク原盤露光装置。
8. 前記対物レンズの前記変位を検出するセンサをさらに備え、
   前記センサの出力に基づいて前記記録及び補助光の合焦条件のずれを推定することを特徴とする請求項６または７記載の光ディスク原盤露光装置。
9. 前記センサの出力にハイパスフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項８記載の光ディスク原盤露光装置。
10. 前記駆動源に与える駆動信号に基づいて前記対物レンズの前記変位を推定することを特徴とする請求項６または７に記載の光ディスク原盤露光装置。

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