(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズを設けた光学ピックアップ装置であって、
上記対物レンズを介して上記光学記録媒体に対して所定の偏光状態の光束を照射する光源と、
上記光学記録媒体の反射面及び上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部で反射される反射光のうち、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの上記光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の成分を検出する光検出手段と、
上記反射面及び上記平坦部からの反射光の光路中に配置され、上記直交する偏光状態の光束を分離して上記光検出手段に導く偏光ビームスプリッタとを備え、
上記光検出手段によって検出される光強度が、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離に対応されている光学ピックアップ装置。
【請求項２】
上記装置内に、更に、上記ソリッドイマージョンレンズを上記光学記録媒体に対して接離する方向に移動操作して上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を可変する駆動手段と、
上記駆動手段を制御して、上記ソリッドイマージョンレンズの位置を上記光学記録媒体に対して接離する方向について制御し、上記光検出手段によって検出される光強度を所定の強度に維持することにより、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間を一定の距離に維持する制御手段とを備える請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項３】
光学記録媒体を保持する媒体保持手段と、
球面部と上記媒体保持手段に保持された光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズと、上記対物レンズを介して上記光学記録媒体に対して所定の偏光状態の光束を照射する光源と、上記光学記録媒体の反射面及び上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうちこの光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの上記光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の成分を検出する光検出手段と、上記反射面及び上記平坦部からの反射光の光路中に配置され、上記直交する偏光状態の光束を分離して上記光検出手段に導く偏光ビームスプリッタとを有し、上記光学記録媒体に対して、情報信号の書込み又は読出しを行う光学ピックアップ装置と、
上記ソリッドイマージョンレンズを上記光学記録媒体に対して接離する方向に移動操作して上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を可変させる駆動手段と、
上記駆動手段を制御して、上記ソリッドイマージョンレンズの位置を上記光学記録媒体に対して接離する方向に制御し、上記光検出手段によって検出される光強度を所定の強度に維持させることにより、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間を一定の距離に維持させる制御手段とを備える記録再生装置。
【請求項４】
球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズを設けた光学ピックアップ装置の上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部と上記光学記録媒体の表面との間の距離を検出するギャップ検出方法であって、
上記光学ピックアップ装置の光源から出射される光束を上記対物レンズを介して上記光学記録媒体に対して所定の偏光状態で照射し、
上記光学ピックアップ装置の偏光ビームスプリッタによって、上記光束の上記光学記録媒体の反射面及び上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの上記光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の光束を分離して上記光学ピックアップ装置の光検出手段に導き、
上記光学ピックアップ装置の光検出手段によって、上記光束の上記光学記録媒体の反射面及び上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、上記直交する偏光状態の成分を検出し、
上記光検出手段によって検出される光強度を上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離に対応づけて、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を検出することを特徴とするギャップ検出方法。
【請求項５】
球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズを設けた光学ピックアップ装置の上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部と上記光学記録媒体の表面との間の距離を所定の距離に制御する制御方法において、
上記光学ピックアップ装置の光源から出射される光束を上記対物レンズを介して上記光学記録媒体に対して所定の偏光状態で照射し、
上記光学ピックアップ装置の偏光ビームスプリッタによって、上記光束の上記光学記録媒体の反射面及び上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの上記光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の光束を分離して上記光学ピックアップ装置の光検出手段に導き、
上記光学ピックアップ装置の光検出手段によって、上記光束の上記光学記録媒体の反射面及び上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、上記直交する偏光状態の成分を検出し、
駆動手段を用いて、上記ソリッドイマージョンレンズを上記光学記録媒体に対して接離する方向に移動操作して、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を可変し、
制御手段を用いて、上記駆動手段を制御して、上記ソリッドイマージョンレンズの位置を上記光学記録媒体に対して接離する方向に制御し、上記光検出手段によって検出される光強度を所定の強度に維持させることにより、上記光学記録媒体の表面と上記ソリッドイマージョンレンズの平坦部との間を一定の距離に維持することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、光ディスク等の光学記録媒体に記録された情報信号の読取りを行う光学ピックアップ装置及びこの光学ピックアップ装置を備えた記録再生装置に関し、更に詳しくは、光学ピックアップ装置の対物レンズと光学記録媒体との間の間の距離を制御するようにした光学ピックアップ装置及び記録再生装置に関する。
【０００２】
背景技術
従来、光学記録媒体として種々の光ディスクが用いられている。例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の如き光ディスク、あるいは光磁気ディスクが用いられている。この種の光ディスクに記録された情報信号の読取りは、光学ピックアップ装置に設けた光源から出射された光束を対物レンズで集光して光ディスクの信号記録面に照射し、信号記録面から反射された光束を光検出器によって検出することによって行う。このとき、ＣＤやＤＶＤに記録された情報信号の読取りは、信号記録面から反射された光束の反射率の変化を光検出器によって検出することによって行う。光磁気ディスクにあっては、このディスクの信号記録面から反射された光束のカー回転を検出して情報信号の読取りを行っている。
【０００３】
上述したような光ディスクに記録された情報信号の読取りは、少なくとも光源から出射される光束を集光する対物レンズを光ディスクに非接触の状態で行われる。
【０００４】
光学ピックアップ装置の対物レンズにより光ディスクの信号記録面に集光される光束の光スポットの大きさは、およそ、λ／ＮＡ（但し、λは照明光の波長、ＮＡは開口数）で与えられ、解像度もこの値に比例する。ここで、λは、光ディスクに照射される光束の波長であり、ＮＡは開口数である。
【０００５】
ところで、ＮＡについては、次式が成立する。
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ
（但し、ｎは媒質の屈析率、θは対物レンズの周辺光線の角度）
媒質が空気である場合、ＮＡは、１を超えることはできない。この限界を超える技術として、ソリッドイマージョンレンズ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）を用いた光学ピックアップ装置が提案されている（Ｉ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ，”Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｏｆ １．３６ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ，”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３９，９６２−９６７（２０００））。
【０００６】
ソリッドイマージョンレンズは、光ディスクの基板と同一の屈折率を有する材料により形成され、球の一部を構成する球面部と、光ディスクの表面に対向する平坦部とを備える。光学ピックアップ装置に用いられるソリッドイマージョンレンズは、平坦部を光ディスクの表面に極めて近接された状態で用いられる。このソリッドイマージョンレンズと光ディスクの境界面においては、エバネッセント波が透過し、このエバネッセント波が光ディスクの信号記録面に到達する。
【０００７】
上述のような光学ピックアップ装置を用いて光ディスクに記録された情報信号の読取りを行う場合に、回転操作される光ディスクと対物レンズを構成するソリッドイマージョンレンズとの間に空隙、すなわちギャップを設ける必要がある。このように、光ディスクとソリッドイマージョンレンズとの間に空気層としてのギャップが設けられることから、対物レンズの開口数（ＮＡ）を１より大きくするためには、エバネッセント波を用いなければならない。エバネッセント波は、界面から指数関数的に減衰する。したがって、光ディスクとソリッドイマージョンレンズとの間のギャップは、例えば、光学ピックアップ装置に設けられた光源の発光波長λの１０分の１程度と、極めて小さくする必要があり、また、領域を小さくするために、信号記録面に接近させる必要がある。
【０００８】
このようなギャップを制御する方法として、従来、ソリッドイマージョンレンズの表面に電極を形成しておき、この電極と光ディスクとの間の静電容量を検出してギャップエラー信号を得て、このエラー信号に基づいて、ソリッドイマージョンレンズと光ディスクとの間の距離を制御するサーボ方法が提案されている。
【０００９】
この方法を実現するには、ソリッドイマージョンレンズの表面に電極を形成し、この電極から制御回路へ信号線を引き出す必要があり、装置が複雑化し、光学ピックアップ装置の製造が困難となる。
【００１０】
一方、光ディスクのマスタリングプロセスにおいて、本願出願人は、特願平１０−２４９８８０号の明細書及び図面において、ガラスマスタディスクからの戻り光を検出し、これをギャップエラー信号として使用する方法を提案している。
【００１１】
この方法は、ソリッドイマージョンレンズとガラスマスタディスクとの間のギャップが０のときには、ソリッドイマージョンレンズの表面がガラスマスタディスク上の透明なフォトレジストに接触していることにより、レンズの表面からの光の反射はないが、ギャップが０でない場合には、ソリッドイマージョンレンズの表面で全反射した光が戻ってくることを利用し、この光を用いてギャップを検出するものである。
【００１２】
この方法は、ガラスからなるマスタディスクを用い、且つ、露光用のフォトレジストが透明である場合には使用できるが、光ディスクのように、表面にアルミ膜、相変化膜や光磁気記録膜などの反射膜が形成されている場合には、ソリッドイマージョンレンズとの間のギャップが０であっても光ディスクの表面で光が反射されてしまうので使用することができない。
【００１３】
発明の開示
本発明の目的は、上述したような従来の装置が有している問題点を解消し得る新規な光学ピックアップ装置及び記録再生装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、表面に反射膜が形成された光ディスクとソリッドイマージョンレンズとの間の微小なギャップを正確に検出することができ、しかも、光ディスクとソリッドイマージョンレンズとの間のギャップを正確に制御することができる光学ピックアップ装置及びこの光学ピックアップ装置を用いた記録再生装置、更にはその制御方法を提供することにある。
【００１５】
上述のような目的を達成するために提案される本発明は、球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズを設けた光学ピックアップ装置であって、対物レンズを介して光学記録媒体に対して所定の偏光状態の光束を照射する光源と、光学記録媒体の反射面及びソリッドイマージョンレンズの平坦部で反射される反射光のうち、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の成分を検出する光検出手段と、反射面及び平坦部からの反射光の光路中に配置され、上記直交する偏光状態の光束を分離して光検出手段に導く偏光ビームスプリッタとを備え、光検出手段によって検出される光強度が、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離に対応されている。
【００１６】
この光学ピックアップ装置は、更に、対物レンズを構成するソリッドイマージョンレンズを光学記録媒体に対して接離する方向に移動操作することによって、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を可変する駆動手段と、駆動手段を制御して、ソリッドイマージョンレンズの位置を光学記録媒体に対して接離する方向に制御して、光検出手段によって検出される光強度を所定の強度に維持させることにより、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間を一定の距離に維持する制御手段とを備える。
【００１７】
本発明は、光学記録媒体を記録媒体に用いる記録再生装置であり、光学記録媒体を保持する媒体保持手段と、球面部と媒体保持手段に保持された光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズと、対物レンズを介して光学記録媒体に対して所定の偏光状態の光束を照射する光源と、光学記録媒体の反射面及びソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうちこの光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の成分を検出する光検出手段と、反射面及び平坦部からの反射光の光路中に配置され、上記直交する偏光状態の光束を分離して光検出手段に導く偏光ビームスプリッタとを有し、光学記録媒体に対して、情報信号の書込み又は読出しを行う光学ピックアップ装置と、ソリッドイマージョンレンズを光学記録媒体に対して接離する方向に移動操作することによって、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を可変させる駆動手段と、駆動手段を制御して、ソリッドイマージョンレンズの位置を光学記録媒体に対して接離する方向に制御し、光検出手段によって検出される光強度を所定の強度に維持することにより、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間を一定の距離に維持させる制御手段とを備える。
【００１８】
本発明は、球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズを設けた光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズの平坦部と光学記録媒体の表面との間の距離を検出するギャップ検出方法であって、光学ピックアップ装置の光源から出射される光束を対物レンズを介して光学記録媒体に対して所定の偏光状態で照射し、光学ピックアップ装置の偏光ビームスプリッタによって、光束の光学記録媒体の反射面及びソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の光束を分離して光学ピックアップ装置の光検出手段に導き、光学ピックアップ装置の光検出手段によって、光束の光学記録媒体の反射面及びソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、上記直交する偏光状態の成分を検出し、光検出手段によって検出される光強度を光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離に対応づけて、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を検出する。
【００１９】
本発明は、球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部とを備えるソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数（ＮＡ）が１以上となされた対物レンズを設けた光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズの平坦部と光学記録媒体の表面との間の距離を所定の距離に制御する制御方法であって、光学ピックアップ装置の光源から出射される光束を対物レンズを介して光学記録媒体に対して所定の偏光状態で照射し、光学ピックアップ装置の偏光ビームスプリッタによって、光束の光学記録媒体の反射面及びソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの光学記録媒体の反射面からの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の光束を分離して光学ピックアップ装置の光検出手段に導き、光学ピックアップ装置の光検出手段によって、光束の光学記録媒体の反射面及びソリッドイマージョンレンズの平坦部からの反射光のうち、上記直交する偏光状態の成分を検出し、駆動手段を用いて、ソリッドイマージョンレンズを光学記録媒体に対して接離する方向に移動操作して、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を可変し、制御手段を用いて、駆動手段を制御し、ソリッドイマージョンレンズの位置を光学記録媒体に対して接離する方向に制御して、光検出手段によって検出される光強度を所定の強度に維持させることにより、光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間を一定の距離に維持する。
【００２０】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。
【００２１】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、図１に示すように、球の一部を構成する球面部１ａと光ディスク１０１の表面１０１ａと平行に対向する平坦部１ｂとを備えるソリッドイマージョンレンズ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ）１を含み開口数（ＮＡ）を１以上とする対物レンズ２を備える。
【００２３】
対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂと、光学記録媒体である光ディスク１０１の表面１０１ａとの間の距離（ギャップ）Ｇ１は、後述するように、本発明に係る光学ピックアップ装置に設けられる制御手段により、光源となる半導体レーザ３から出射される光束の波長λの１０分の１程度の距離Ｇ１を維持するように制御される。このような制御が行われる本発明に係る光学ピックアップ装置は、光ディスクを記録媒体に用いる記録再生装置に用いられ、この記録再生装置において、対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂと、光ディスク１０１の表面１０１ａとの間の距離（ギャップ）Ｇ１が一定の範囲内にあるように制御される。
【００２４】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、半導体レーザ３より出射され、光ディスク１０１に照射され、光ディスク１０１の反射面により反射された反射光のうち、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｇ１が０であるときの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の成分を検出することによって、これら光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｇ１に対応したギャップエラー信号が得られる。
【００２５】
すなわち、本発明に係る光学ピックアップ装置は、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１は、コリメータレンズ４によって平行光束とされ、ビームスプリッタ５に入射する。この半導体レーザ３から出射される光束Ｌ１の波長は、例えば４００ｎｍである。半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１は、ビームスプリッタ５を透過した後偏光ビームスプリッタ６に入射する。半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ６の反射面に対してＰ偏光となっており、この反射面を透過して偏光ビームスプリッタ６を透過する。
【００２６】
偏光ビームスプリッタ６を透過した光束Ｌ１は、結晶軸が入射偏光方向に対して４５°傾けられて配置された四分の一波長（λ／４）板７を透過して円偏光とされて、ソリッドイマージョンレンズ１とともに対物レンズ２を構成する集光レンズ８に入射される。集光レンズ８は、入射された平行光束を収束させてソリッドイマージョンレンズ１に入射させる。このソリッドイマージョンレンズ１は、光ディスク１０１の表面１０１ａに平行に近接された平坦部１ｂの近傍に集光点が形成される。このソリッドイマージョンレンズ１の屈折率は、例えば１．８である。
【００２７】
このようにソリッドイマージョンレンズ１を有する対物レンズ２により集光された光束Ｌ１は、エバネッセント波として、光ディスク１０１の信号記録面１０１ａ上に集光される。この場合の対物レンズ２の開口数（ＮＡ）は、１．３６程度となる。
【００２８】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、凹凸のピットパターンにより情報信号が記録された光ディスク、あるいは、相変化を利用して情報信号が記録される記録可能な光ディスクに記録された情報信号を再生するために用いられる。すなわち、光学ピックアップ装置に設けた半導体レーザ３から出射され、対物レンズ２により集光されて光ディスク１０１の信号記録面に照射された光束Ｌ１は、この信号記録面によって反射され、再び対物レンズ２に入射される。光ディスク１０１の信号記録面によって反射される反射光Ｌ２は、光ディスク１０１の信号記録面に形成されたピットパターンの有無等により異なる反射の仕方をして再び対物レンズ２に入射される。対物レンズ２に入射された反射光Ｌ２は、対物レンズ２及びλ／４板７を透過して偏光ビームスプリッタ６に入射される。
【００２９】
光ディスク１０１によって反射されて対物レンズ２側に戻ってきた反射光Ｌ２は、λ／４板７を透過することにより、円偏光から直線偏光に偏光される。このときの偏光方向は、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１の偏光方向に対して直交する方向である。したがって、光ディスク１０１から反射されて戻った反射光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ６の反射面に対してＳ偏光となっており、この反射面によ、り反射され、半導体レーザ３に戻る光路から分離されて光ディスク１０１に記録された情報信号を検出するための第１のディテクタ９に入射される。第１のディテクタ９は、検出した反射光Ｌ２から光ディスク１０１に記録された情報信号に対応した検出信号を出力する。
【００３０】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、ビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６との間の面であるＡ面において、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１は、図２Ａに示すようにＸ方向の電界成分のみを有し、図２Ｂに示すようにＹ方向の電界成分を含まない直線偏光となっている。
【００３１】
本発明に係る光学ピックアップ装置において、対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１は、光ディスク１０１の表面１０１ａに平坦部１ｂを密着させた状態では、光ディスク１０１の表面に形成された相変化型の記録層上や反射膜上に密着させている。
【００３２】
すなわち、相変化型の記録層１０７を有する光ディスク１０１は、図３Ａに示すように、合成樹脂又はガラスにより形成された基板１０２上に形成された反射膜を構成するアルミニウム層１０３に、第１のＳｉＯ２層１０４、ＧｅＳｂＴｅ層１０５及び第２のＳｉＯ２層１０６を順次積層して記録層１０７を形成している。この相変化型の光ディスク１０１の表面に対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１を密着させた状態にあるときには、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂは、図３Ａに示すように、相変化型の記録層１０７上に密着させた状態にある。
【００３３】
また、合成樹脂又はガラスにより形成された基板１１０の一方の面にピットパターンにより情報信号を記録した光ディスク１０１は、図３Ｂに示すように、基板１１０の一方の面に形成されたピットパターンを覆ってアルミニウムからなる反射膜１１１が形成されてる。このピットパターンにより情報信号が光ディスク１０１の表面に対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１を密着させた状態にあるときには、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂは、図３Ｂに示すように、反射膜１１１上に密着させた状態にある。
【００３４】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂが光ディスク１０１の表面１０１ａに密着している状態では、光ディスク１０１によって反射された反射光のほぼ全てがλ／４板７を往復することによって偏光方向が９０°回転された光となり、第１のディテクタ９の直前の面であるＢ面においては、図４Ａに示すように、半導体レーザ３からの出射された光束Ｌ１に略々等しい分布の光束が入射される。このとき、ビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６との間の面であるＡ面には、図４Ｂに示すように、光ディスク１０１からの反射光Ｌ２はほとんど戻らない。
【００３５】
ソリッドイマージョンレンズ１が、図５に示すように、光ディスク１０１の表面１０１ａから一定の間隔Ｄ１を隔て離間した状態においては、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂの近傍で集光される光のうちで、平坦部１ｂにおける臨界角を越える角度で入射する光（ソリッドイマージョンレンズの屈折率ｎｓｉｌ×ｓｉｎ（入射角）＞１）は平坦部１ｂで全反射される。
【００３６】
ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂにより全反射される光Ｌ３は、平坦部１ｂにより全反射されるとき、偏光方向が微妙に回転する。このように平坦部１ｂにより全反射された光Ｌ３は、上述のようにソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂが光ディスク１０１の表面１０１ａに密着している状態における反射光Ｌ２に対し、直交する偏光成分を含んでいる。そのため、このときのビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６との間の面であるＡ面における戻り光の分布は、図６Ａに示すように、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１の周辺部に相当する部分のみが戻った状態の分布となる。
【００３７】
このようにしてビームスプリッタ５と偏光ビームスプリッタ６との間のＡ面に戻った光は、図１に示すように、ビームスプリッタ５の反射面によって反射され、ギャップエラー信号を得るための第２のディテクタ１０に受光される。このギャップエラー信号は、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂと光ディスク１０１の表面１０１ａとの距離Ｄ１に対応した信号である。
【００３８】
このとき、第１のディテクタ９の直前の面であるＢ面における戻り光の分布は、図６Ｂに示すように、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１の周辺部にあたる部分が欠損した状態の分布となる。
【００３９】
第２のディテクタ１０において受光される光量と、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂ及び光ディスク１０１の表面１０１ａの間の距離（エアギャップ）Ｄ１との関係は、図７に示すように、例えば、第２のディテクタ１０での光量が、入射光量比で０．２に保たれるようにソリッドイマージョンレンズ１の光ディスク１０１に対する接離方向の位置を制御すれば、この距離（エアギャップ）Ｄ１を用いる光束の波長λの１０分の１に保持することができる。
【００４０】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｄ１を所定の距離に維持するための制御装置を備える。この制御装置は、図８に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１を光ディスク１０１に対して接離する方向に移動操作する駆動機構を構成するボイスコイルモータ２０と、このモータ２０を駆動する駆動回路２１と、この駆動回路２１を制御する制御部を構成する制御回路２２とを有する。駆動回路２１は、ボイスコイルモータ２０を駆動して、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｄ１を制御する。制御回路２２は、駆動回路２１を介して、ソリッドイマージョンレンズ１の位置を光ディスク１０１に対して接離する方向の図８中矢印Ｙ１方向及び矢印Ｙ２方向に制御して、第２のディテクタ１０によって検出される光の光強度を所定の強度に維持させることにより、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｄ１が一定の距離となるように制御する。
【００４１】
第２のディテクタ１０によって検出される光強度を所定の強度に維持させるには、第２のディテクタ１０からの出力信号を、比較器２３によって、所定の基準値と比較する。この基準値は、以下の方法によって定めることができる。
【００４２】
第１の方法としては、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとが密着している状態、すなわち、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｄ１が０のときの第２のディテクタ１０の出力と、これら表面１０１ａ及び平坦部１ｂの間の距離Ｄ１が十分に大きいときの第２のディテクタ１０の出力との平均値を基準値とする方法である。
【００４３】
第２の方法としては、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｄ１を、別の方法によって実測し、この実測値と第２のディテクタ１０の出力との間の相関を求めて、所定の距離Ｄ１に対応する出力を特定して基準値とする方法である。
【００４４】
第３の方法としては、光ディスク１０１の表面１０１ａとソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂとの間の距離Ｄ１が十分に大きいときの第２のディテクタ１０の出力の１／２を基準値とする方法である。
【００４５】
上述したように構成された光学ピックアップ装置を用いた本発明に係る記録再生装置は、図８に示すように、光ディスク１０１を支持する支持機構を備えることにより、この光ディスク１０１と光学ピックアップ装置との位置関係を所定の位置関係に維持するとともに、この光学ピックアップ装置より出力される信号を処理する再生回路（再生ブロック）２４と、この光学ピックアップ装置により光ディスク１０１に記録される信号を処理する記録回路（記録ブロック）２５と、この光学ピックアップ装置を制御する制御回路２２とを備える。光学記録媒体に上述したような光ディスク１０１を用いる場合には、支持機構は、光ディスクの中心部を保持して回転操作するスピンドルモータを備えたスピンドル機構２６である。
【００４６】
本発明に係る光学ピックアップ装置が、光学記録媒体として光磁気ディスク１３０に用いられるように構成された場合には、図９に示すように、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１が、コリメータレンズ４、偏光ビームスプリッタ６、ビームスプリッタ５、集光レンズ８及びソリッドイマージョンレンズ１を経て、光磁気ディスク１３０の信号記録面上に集光される。この光学ピックアップ装置は、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１が光磁気ディスク１３０に入射される往きの光路上には、λ／４板は設けられていない。
【００４７】
光磁気ディスク１３０より反射された反射光Ｌ２は、ビームスプリッタ５により分離された後、旋光子として機能するλ／２板１１を透過して偏光方向を４５°回転されて第２の偏光ビームスプリッタ１２に入射される。このλ／２板１１は、光学軸が入射直線偏光方向に対して２２．５°傾けられて配置されている。
【００４８】
第２の偏光ビームスプリッタ１２に入射した反射光Ｌ２は、光磁気ディスク１３０の信号記録面にて反射されたときに光磁気効果によって生じたカー回転角に応じて分離され、光磁気信号を得るための第１のディテクタ１３及び第２のディテクタ１４に受光される。これら第１及び第２のディテクタ１３、１４の出力信号の差信号は、反射光Ｌ２がカー回転を生じていないときには０となり、この反射光Ｌ２に生じているカー回転角に応じた出力として検出されて光磁気信号となる。
【００４９】
ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂにより反射されて戻ったギャップエラー信号を得るための反射光Ｌ３は、ビームスプリッタ５を透過して偏光ビームスプリッタ６に戻り、この偏光ビームスプリッタ６にて反射されて、ギャップエラー信号を得るための第３のディテクタ１０に受光される。
【００５０】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、光学記録媒体として光磁気ディスク１３０を用いる場合には、図１０に示すように、半導体レーザ３から出射された光束Ｌ１が、コリメータレンズ４、ビームスプリッタ５、集光レンズ８及びソリッドイマージョンレンズ１を経て、光磁気ディスク１３０の信号記録面上に集光されるようにしてもよい。
【００５１】
このようにして光磁気ディスク１３０の信号記録面に照射された光束Ｌ１は、この信号記録面に反射され戻りの反射光Ｌ２となって、ビームスプリッタ５により反射された後、更に、第２のビームスプリッタ１５によって２つの光束Ｌ４、Ｌ５に分離される。第２のビームスプリッタ１５を透過した光束Ｌ４は、λ／２板１１を透過して偏光方向を４５°回転されて、偏光ビームスプリッタ１２に入射される。このλ／２板１１は、光学軸が入射直線偏光方向に対して２２．５°傾けられて配置されている。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ１２に入射した光は、光磁気ディスク１３０の信号記録面にて反射されたときに光磁気効果によって生じたカー回転角に応じて分離され、光磁気信号を得るための第１のディテクタ１３及び第２のディテクタ１４に受光される。これら第１及び第２のディテクタ１３、１４の出力信号の差信号は、反射光がカー回転を生じていないときには０となり、この反射光に生じているカー回転角に応じた出力となり、光磁気信号となる。
【００５３】
一方、第２のビームスプリッタ１５において反射された光束は、第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射される。この光束のうち、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部より戻ったギャップエラー信号を得るための光束は、この第２の偏光ビームスプリッタ１６において反射されて、ギャップエラー信号を得るための第３のディテクタ１０に受光される。
【００５４】
この光学ピックアップ装置においても、図１に示したの光学系の場合と同様に、ビームスプリッタ５に入射される入射光の偏光状態は、図２Ａに示すように、Ｘ方向の電界成分のみを有し、図２Ｂに示すように、Ｙ方向の電界成分を含まない直線偏光となっている。各ビームスプリッタ５、１５は、Ｘ方向及びＹ両方向の偏光成分をそれぞれ等しく透過し反射する。
【００５５】
図１０に示す光学ピックアップ装置を相変化型の記録層を備えた光ディスク１０１に用いた場合には、対物レンズ２を構成するソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂが光ディスク１０１の表面１０１ａに密着する。このとき、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂは、図１１に示すように、光ディスク１０１の基板１１２の一方の面に形成された記録層１１７上に密着されている。図１１に示す光ディスク１０１に設けられる記録層１１７は、合成樹脂又はガラスにより形成された基板１１２上に形成された反射膜を構成するアルミニウム層１１３に、第１のＳｉＯ２層１１４、ＴｅＦｅＣｏ層１１５及び第２のＳｉＯ２層１１６を順次積層して形成されている。
【００５６】
図１０に示す光学ピックアップ装置のイマージョンレンズ１の平坦部１ｂが光ディスク１０１の表面１０１ａに密着しているとき、第２の偏光ビームスプリッタ１６を透過した後の面であるＢ面における戻り光の分布は、図１２Ａに示すように、半導体レーザ３からの出射光に略々等しい分布となっている。第２の偏光ビームスプリッタ１６により反射されて第３のディテクタ１０に入射する直前の面であるＣ面においては、図１２Ｂに示すように、光ディスク１０１からの反射光はほとんど戻ってこない。したがって、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂが光ディスク１０１の表面１０１ａに密着しているときには、Ｃ面における戻り光はほとんど０であり、第３のディテクタ１０には、反射光はほとんど到達しない。
【００５７】
ソリッドイマージョンレンズ１が、光ディスク１０１から離間した状態においては、図５に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂの近傍で集光される光のうちで、この平坦部１ｂにおける臨界角を越える角度で入射する光（ソリッドイマージョンレンズの屈折率ｎｓｉｌ×ｓｉｎ（入射角）＞１）は平坦部１ｂで全反射される。
【００５８】
このように、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂで全反射される光は、平坦部１ｂによって全反射されるときに偏光方向が微妙に回転する。このように全反射された光は、上述のようにソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂが光ディスク１０１の表面１０１ａに密着している状態における反射光に対し、直交する偏光成分を含んでいる。そのため、このときの第２の偏光ビームスプリッタ１６により反射されて第３のディテクタ１０に入射する直前の面であるＣ面における戻り光の分布は、図１３Ｂに示すように、光束の周辺部にあたる部分の一部が戻った状態の分布となる。
【００５９】
このようにしてＣ面に戻った光は、ギャップエラー信号を得るための第２のディテクタ１０に受光される。このギャップエラー信号は、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂと光ディスク１０１の表面１０１ａとの距離Ｄ１に対応した信号である。
【００６０】
このとき、第２の偏光ビームスプリッタ１６を透過した後の面であるＢ面における戻り光の分布は、図１３Ａに示すように、光束の周辺部にあたる部分が欠損した状態の分布となる。
【００６１】
第３のディテクタ１０において受光される光量と、ソリッドイマージョンレンズ１の平坦部１ｂ及び光ディスク１０１の表面１０１ａの間の距離（エアギャップ）Ｄ１との関係においては、図１４に示すように、例えば、第３のディテクタ１０での光量が、入射光量比０．１に保たれるように、ソリッドイマージョンレンズ１の光ディスク１０１に対する接離方向の位置を制御すれば、この距離（エアギャップ）Ｄ１を波長の１０分の１に保持することができる。
【００６２】
なお、上述の各光学ピックアップ装置においては、トラッキングエラー検出用光学系についての説明を省略しているが、必要に応じて、種々の方式のトラッキングエラー検出用光学系を設けることにより、トラッキングエラー信号の検出を行い対物レンズ２のトラッキング制御を行うことができる。
【００６３】
産業上の利用可能性
上述のように、本発明は、球面部と光学記録媒体の表面に平行な平坦部を有するソリッドイマージョンレンズを含んで構成され開口数が１以上となされた対物レンズを備えた光学ピックアップ装置において、光学記録媒体からの反射光のうちこの光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離が０であるときの反射光の偏光状態に対し直交する偏光状態の成分を検出し、その検出された光強度により光学記録媒体の表面とソリッドイマージョンレンズの平坦部との間の距離を検出するようにしているので、光学記録媒体とソリッドイマージョンレンズとの間の微小なギャップを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る光学ピックアップ装置の構成を示す側面図である。
【図２】図２Ａは、光学ピックアップ装置における光ディスクへの入射光束の電界のＸ成分の分布を示すグラフであり、図２Ｂは、Ｙ成分の分布を示すグラフである。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、光学ピックアップ装置の対物レンズを構成するソリッドイマージョンレンズが光ディスクの表面に密着している状態を示す縦断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズが光ディスクに密着しているときの光ディスクからの戻り光の分布を示すグラフである。
【図５】図５は、光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズが光ディスクの表面から離間している状態を示す縦断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズが光ディスクから離間しているときの光ディスクからの戻り光の分布を示すグラフである。
【図７】図７は、光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズと光ディスクの表面との間の距離とギャップエラー信号との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明に係る光学ピックアップ装置及びこの光学ピックアップ装置を用いた記録再生装置を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明に係る光学ピックアップ装置の他の例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る光学ピックアップ装置の更に他の例を示す側面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズが光ディスクの表面に密着している状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１０に示す光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズが光ディスクに密着しているときの光ディスクからの戻り光の分布を示すグラフである。
【図１３】図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１０に示す光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズが光ディスクから離間しているときの光ディスクからの戻り光の分布を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１０に示す光学ピックアップ装置のソリッドイマージョンレンズと光ディスクの表面との間の距離とギャップエラー信号との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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