JPH05332879A - 光学ヘッドの光スポット径測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定が容易で、測定時間も短縮でき、誤差が
少なく汎用性のある光学ヘッドの光スポット径測定方法
を提供すること。 【構成】 光学ヘッドから発射された光が記録媒体面上
に形成する光スポットの径に応じて生じる符号間干渉に
対応したジッター量を予め数値シミュレーションによっ
て算出してマップを作成しておく。記録媒体面上で反射
した光から再生信号波形を実測し、再生信号波形から符
号間干渉性ジッターの実測値を求め、該ジッター量を前
記マップのジッター量と対比して光スポット径を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光記録装置などに用い
られる光学ヘッドが記録媒体上に形成する光スポットの
径を測定する光学ヘッドの光スポット径測定方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】現在までに検討されている光学ヘッドの光
スポット径の測定方法の殆どは、該光学ヘッド単体で測
定を行ういわゆる静的測定方法である。その中で最も一
般的な測定方法は、記録媒体に集束するレーザ光線を移
動可能な遮蔽物体で遮って、その際に透過する光の量の
変化から光スポット径を測定する方法である。この遮蔽
物体としては、ピンホールあるいは直線エッジを有する
ものが用いられており、後者で最も簡単なものがナイフ
エッジである。

【０００３】このナイフエッジ法は、レーザ光の光軸に
対して垂直に移動するナイフエッジで該レーザ光を遮っ
て行き、このとき該遮蔽部材を透過するレーザ光の全透
過光量を測定し、その変化量から光スポット径を求める
ものである。このとき検出される全透過光量Ｐ（ａ）は
次式のように表せられる。

【０００４】

【数１】

【０００５】そしてこの光量Ｐ（ａ）の時間的変化（傾
き）からそのスポット径を求める方法と、透過光信号を
電気的に微分してそのスポット径を測定する方法が提案
され検討されている。さらにその他の方法としては、Ｃ
ＣＤなどの撮像素子を使用してそのスポット径を測定す
る方法などもある。

【０００６】一方、静的測定方法でない動的測定方法、
つまり光学ヘッドを装置などに搭載した状態でそのスポ
ット径を確認・測定する方法の検討は、あまり行われて
いないが、一例を揚げると記録再生信号の振幅差を用い
てスポット径を概算する方法が考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の光スポット径の測定方法には以下のような問題点があ
った。 上記ナイフエッジ法は原理的には非常に簡単である
が、ナイフエッジの移動距離精度が測定精度を決定する
最大要因であるため、ナイフエッジの移動量を正確に測
定するためにレーザ干渉計などを用いなければならな
い。このため結果的に測定環境を保持するのに非常な労
力を必要とする。また測定時間もそのセッティングに時
間を取られて長時間となる。

【０００８】記録再生信号の振幅差を用いる方法の場
合は、時間軸で再生される信号のみに頼るため、記録媒
体感度ムラ、光点制御変動、そして環境温度変化による
変化などのデータパターンに依存しないエッジシフトが
存在した場合、測定精度が非常に低くなる。また装置自
身が発生するランダムノイズに対しても同じことが言え
る。

【０００９】このような記録再生時に起こる外乱に対し
て実際には測定回数を増やし、その平均を求めることで
対処している。しかしその平均スポットサイズには各変
動成分が除去されないまま存在しており、算出値の評価
には長年の経験側のようなものが必要となり、汎用性に
欠ける。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、測定が容易で、測定時間も短縮で
き、誤差が少なく汎用性のある光学ヘッドの光スポット
径測定方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、光学ヘッドから発射された光が記録媒体面
上に形成する光スポットの径を測定する光学ヘッドの光
スポット径測定方法において、前記光スポットの径に応
じて生じる符号間干渉に対応したジッター量を予め数値
シミュレーションによって算出してマップを作成してお
き、前記記録媒体面上で反射された光から再生信号波形
を実測し、該再生信号波形から符号間干渉性ジッターの
実測値を求め、該実測ジッター量を前記マップのジッタ
ー量と対比せしめて光スポット径を求めることとした。

【００１２】また本発明は、光学ヘッドから発射された
光が記録媒体面上に形成する光スポットの径を測定する
光学ヘッドの光スポット径測定方法において、前記記録
媒体面上で反射された光から再生信号波形を実測し、該
再生信号波形から信号振幅と信号位相差と符号間干渉性
ジッターの実測値を求め、再生信号波形と信号振幅から
信号波形のインパルス応答分布を求め、該インパルス応
答分布と前記信号位相差から歪を補正した光スポットの
線像強度分布を求め、さらに該光スポットの線像強度分
布と前記符号間干渉性ジッターによって光スポット径を
導出することとした。

【００１３】

【作用】上記測定方法を用いれば、光スポット径を静的
な測定でなく、装置に組み込んだ光学ヘッドから発射さ
れた光の記録再生信号のジッター量を解析することで、
動的状態での実効的な光スポット径が容易に測定でき
る。

【００１４】

【実施例】本発明の要旨は、情報記録面で反射された光
から再生信号波形を実測し、該再生信号波形から符号間
干渉性ジッターを求める。そして本願の第１発明の場合
は、光スポットの径に応じて生じる符号間干渉に対応し
たジッター量を予め数値シミュレーションによって算出
してマップを作成しておき、該マップと前記実測した符
号間干渉性ジッターを対比させて光スポット径を測定し
ていく。一方本願の第２発明の場合は、前記実測した再
生信号波形と符号間干渉性ジッターから直接光スポット
径を測定していく。

【００１５】〔第１発明〕まず本発明に用いる符号間干
渉性ジッターについて説明する。理論的に記録媒体面上
で集束するスポット径を決定する要因は、光学系を構成
しているレーザ光源の波長λと、レーザ光を集束させる
ための対物レンズの開口数ＮＡである。即ちスポット径
（半径）は、以下の式によって求められる。 ０．６１×（λ／ＮＡ） ・・・（２）

【００１６】式（２）によって決定されるスポット径
は、該スポットの光強度分布の第１輪帯の大きさ、一般
的にはエアリーディスクと言われるものの半径である。
そして図２に示すように、この光スポット８１の半径よ
りも、記録されているマーク（記録磁区）８３の最短マ
ーク長ｌが短くなれば、そこに符号間干渉が発生する。
現在市販されている光記録装置においては、マーク間隔
の狭い最内周付近でこれが発生している。なお同図にお
いて、８５は記録ランド、８７はトラッキングガイドで
ある。

【００１７】この符号間干渉による影響は、再生信号上
でジッター量というかたちで現れ、信号劣化の原因とな
る。図３はマーク（記録磁区）８３の間隔を１．５６μ
ｍ、マーク８３の長さを０．７６μｍ、光スポット半径
を０．８７６μｍとしたときの光強度Ｉの状態を示す図
である。なお、このときのジッター量は、ジッター量＝
±５．７ｎｓｅｃとなった。

【００１８】この符号間干渉によるジッターは、光学
系、検波回路を設計する上で無くてはならない値で、通
常数値シミュレーションなどを使い基本構想段階で把握
しているものである。次にこの数値シミュレーションの
１例を図１に示す。

【００１９】同図に示すように、まず再生結像系のレー
ザ光の光源強度分布Ｉ（対物レンズに入射する前の強度
分布）をフーリエ変換することで、対物レンズ通過後の
光スポット線像強度分布ｈ（ｘ）を得る。この光スポッ
ト線像強度分布ｈ（ｘ）に前述の式（２）を適用するこ
とで、光スポット径を求める。

【００２０】次に次式（３）のように、この光スポット
線像強度分布ｈ（ｘ）とランダムな入力信号ｇ（ｘ）
（情報記録面上のマークのあるなしによって変化する）
との接合積（コンボリューション）を求め、これにナイ
フエッジ効果による光強度分布（ナイフエッジエネルギ
ー分布）の関係を代入することで、再生信号波形ｆ
（ｘ）が算出される。

【００２１】

【数２】

【００２２】ここで入力信号ｇ（ｘ）は次式（４）のよ
うなゲート信号の繰り返しを定義する。

【００２３】

【数３】

【００２４】なお、ここではナイフエッジエネルギー分
布を使用して再生信号波形を求めたが、光磁気媒体を対
象とした光学系の光スポット径を求める際は、その代わ
りに極Ｋｅｒｒ効果による入射直線偏光光の波面が微小
回転することで結果的におこる光量変化を使用してもよ
い。

【００２５】そして符号間干渉性ジッターは、前記再生
信号波形をＦＦＴ（フーリエトランスファー解析）する
ことによって求められる。

【００２６】以上のように符号間干渉性ジッターは、光
源強度分布Ｉから計算によって算出できる。

【００２７】そして本発明においては、予め上記数値シ
ミュレーションによって各種光スポット径に応じて生じ
る符号間干渉に対応したジッター量を求め、マップを作
成しておく。

【００２８】そして実際に光学ヘッドの光スポット径を
求める際には、まず該光ヘッドから発射された光の記録
媒体面上での反射光から再生信号波形を実測し、該再生
信号波形からタイムインターバルアナライザーによって
総合ジッター（符号間干渉性ジッター以外のジッターを
含む装置全体が持つジッター）を求め、該総合ジッター
から下記する方法で符号間干渉性ジッターを求める。そ
して該符号間干渉性ジッターに前記マップを適用して光
スポットのスポット径を求めるのである。

【００２９】ここで前記総合ジッターから符号間干渉性
ジッターを求める方法を説明する。実測される総合ジッ
ター量には、符号間干渉によるジッターだけでなく、装
置全体が持つランダム性ノイズによるジッター、データ
パターンに依存しないジッター等が含まれており、図４
に示すように、これらを差し引かねばならない。その方
法としては、実験的に次のようなものが考えられる。

【００３０】ランダム性ノイズの抽出は、このノイズ成
分による再生信号のゆらぎから直接測定できる。一定の
周波数の信号を記録再生し、再生信号の特定の位相にお
ける振幅値を多数サンプリングして、その標準偏差を求
めることによりノイズの大きさを測定でき、その振幅に
比例するジッター量が求められる。再生信号のゆらぎの
測定にはタイムインターバルアナライザーを使用すれば
よい。

【００３１】データパターンに依存しないジッターの測
定においても、タイムインターバルアナライザーを用
い、再生信号パルス長の変動を測定し、周波数解析を行
うことでそのジッター量を算出できる。

【００３２】こうして求めた各ジッター量を、図４に示
すように、総合ジッター量から除くと、純粋な符号間干
渉によるジッター量の実測値が求められる。そしてこの
ジッター量の実測値を、前記数値シミュレーションによ
り算出したジッター量のマップと対比し、実際の光スポ
ット径を求めるのである。

【００３３】このようにして求めた光スポット径は、静
的な値ではなく、光学ヘッドを装置に組み込んだときの
その動作状態での値である。

【００３４】〔第２発明〕次に実測した再生信号波形と
符号間干渉性ジッターから直接光スポット径を測定する
方法を説明する。

【００３５】図５は本発明の１実施例にかかる光スポッ
ト径の測定手順を示す図である。同図に示すように、ま
ず光ヘッドから発射された光の記録媒体面上での反射光
から再生信号波形を実測し、その各符号の信号振幅と信
号位相差を抽出する。またこの再生信号波形からタイム
インターバルアナライザーを用いて符号間干渉性ジッタ
ーの実測値を求める。なおこのときも前述のように総合
ジッター量が求まるので、前述の方法と同様の方法でラ
ンダム性ノイズによるジッターやデータパターンに依存
しないジッター等を求めこれらを差し引くことで、符号
間干渉性ジッターの実測値を求める。

【００３６】次に該再生信号波形から前記信号振幅を用
いて波形のインパルス応答分布を求める。このインパル
ス応答分布は前記ナイフエッジエネルギー分布に相当す
るものである。

【００３７】そして次に該波形のインパルス応答分布か
ら光スポットの線像強度分布を算出する。この算出方法
としては、前記第１発明で説明した接合積（コンボリュ
ーション）の逆の計算をしてやればよい。ここで前記信
号位相差はディスク傾きによる光スポットのコマ収差が
原因となる線像強度分布歪を検出できるので、該信号位
相差によって線像強度分布を補正することによって光ス
ポットの測定精度を向上させることができる。

【００３８】そして該光スポットの線像強度分布と前記
符号間干渉性ジッターによって光スポット径を導出する
のである。

【００３９】このようにして測定した光スポット径も静
的な値ではなく、光学ヘッドを装置に組み込んだときの
動作状態での値である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる光学ヘッドの光スポット径測定方法によれば、以下
のような優れた効果を有する。 光スポット径を静的な測定でなく、実際の再生信号の
ジッター量を解析することで、動的状態での実効的な光
スポット径が測定できる。

【００４１】本発明の基本に用いている数値シミュレ
ーションは、光学ヘッド設計上なくてはならない基本的
作業であり、光スポット径を得るために該数値シミュレ
ーションを特別に行わなくてもよい。

【００４２】ナイフエッジ法や撮像素子と顕微鏡を組
み合わせた従来の方法に比べて、高精度な測定治具や高
精度な測定環境の管理が必要なく、また測定に要する時
間も短縮できる。

【００４３】治具などの測定装置に精度基準をおかな
いため、少ない測定回数で誤差の小さい測定が可能とな
る。

【００４４】再生信号を使用して光スポット径を求め
るので、専用装置がいらずコストダウンが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】符号間干渉によるジッター量算出法の基本構成
を示す図である。

【図２】光スポット８１とマーク（記録磁区）８３の関
係を示す図である。

【図３】マーク（記録磁区）８３の間隔を１．５６μ
ｍ、マーク８３の長さを０．７６μｍ、光スポット半径
を０．８７６μｍとしたときの光強度Ｉの状態を示す図
である。

【図４】総合ジッター量から符号間干渉によるジッター
量を算出する方法を示す図である。

【図５】第２発明の１実施例にかかる光スポット径の測
定手順を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学ヘッドから発射された光が記録媒体
   面上に形成する光スポットの径を測定する光学ヘッドの
   光スポット径測定方法において、 前記光スポットの径に応じて生じる符号間干渉に対応し
   たジッター量を予め数値シミュレーションによって算出
   してマップを作成しておき、 前記記録媒体面上で反射された光から再生信号波形を実
   測し、該再生信号波形から符号間干渉性ジッターの実測
   値を求め、該ジッター量を前記マップのジッター量と対
   比せしめて光スポット径を求めることを特徴とする光学
   ヘッドの光スポット径測定方法。
2. 【請求項２】 光学ヘッドから発射された光が記録媒体
   面上に形成する光スポットの径を測定する光学ヘッドの
   光スポット径測定方法において、 前記記録媒体面上で反射された光から再生信号波形を実
   測し、該再生信号波形から信号振幅と信号位相差と符号
   間干渉性ジッターの実測値を求め、再生信号波形と信号
   振幅から信号波形のインパルス応答分布を求め、該イン
   パルス応答分布と前記信号位相差から歪を補正した光ス
   ポットの線像強度分布を求め、さらに該光スポットの線
   像強度分布と前記符号間干渉性ジッターによって光スポ
   ット径を導出することを特徴とする光学ヘッドの光スポ
   ット径測定方法。