JPH0556571B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光デイスクの溝形状を測定する装置に
関するものである。 従来例の構成とその問題点 高密度大容量の情報記録として期待されている
光デイスクには、記録・再生時のトラツキングを
容易にするため、あらかじめ光デイスク記録面に
トラツキング用の溝を設けている。その断面形状
はトラツキング信号、再生信号と強い関係をもつ
ており、高品質の光デイスクを得るうえで、光デ
イスクの溝形状を正確に測定する方法及び装置の
開発が望まれている。以下に従来の光デイスク溝
形状測定装置について説明する。第１図は従来の
光デイスク溝形状測定装置のレーザー照射部を示
す説明図である。He−Neレーザーより発光され
た波長λの光ビームはその波面法線の光デイスク
トラツク溝直交断面上の方向成分が光デイスク記
録面法線２との角度をなしてデイスク表面３に
入射し、その反射光は記録面上の溝により０次光
４、１次光５、２次光６等に回折される。第２図
は従来の光デイスク溝形状測定装置のレーザー受
光部を示す説明図である。平行光はトラツク溝直
交断面上での入射角でデイスク表面７に入射
し、屈折率ｎの基材部８を経て溝幅ａ、溝深ｄ、
溝ピツチｂの矩形波形状の溝をもつ光デイスク記
録面９により反射し、その反射回折光は再び基材
部８を経て、光デイスク表面７より出射する。そ
の０次、１次、２次の回折光軸上にそれぞれ集光
レンズ１０，１１，１２を配設し、その焦点位置
付近にそれぞれ光電素子１３，１４，１５を配置
する。以上のように構成された従来の光デイスク
溝形状測定装置について、以下その測定原理につ
いて説明する。第２図に示すようなトラツク溝直
交断面とデイスク表面７の交線をｕ軸とし、トラ
ツク溝直交断面とデイスク記録面９との交線をｘ
軸とする。デイスク表面入射前での入射光の振幅
分布g₁(u)＝〓（ｕ／ｃ）e^-j2〓^/〓^usin入射直後から
デイ スク記録面に至るまでの入射光の振幅分布g₂(x)は
次式で与えられる。 g₂(u)＝〓（ｕ／ｃ）e^-j2〓^/〓^{usin /n} デイスク記録面９での反射光の振幅分布g₃(x)は
次式で与えられる。 g₃(x)＝〓（ｘ／ｃ）e^-j2〓^/〓^{xsin /n}〔１／ｂ｛〓
（ｘ／ａ）＊〓（ｘ／ｂ）｝＋１／ｂ｛〓（ｘ−ｂ／２
／ｂ−ａ） ＊〓（ｘ／ｂ）｝e^-j4〓^nd/〓〕 この反射光のデイスク表面７出射直後の振幅分
布g₄(u)は次式で与えられる。 g₄(u)＝〓（ｕ／ｃ）e^-j2〓^/〓^usin〔１／ｂ｛〓（
ｕ／ａ）＊〓（ｕ／ｂ）｝＋１／ｂ｛〓（ｕ−ｂ／２／
ｂ−ａ）＊〓（ｕ／ｂ）｝e^-j4〓^nd/〓〕 このデイスク表面出射後の反射光のフラウンホ
ーフア領域での振幅分布Ｇ(f)は次式で与えられ
る。 Ｇ(f)＝K₁F〔g₄(u)〕_f=sio〓_/〓 ……(1) ここにK₁は比例定数、Ｆはフーリエ変換記号、
θはデイスク表面法線からの見込み角である。式
(1)を計算し Ｇ(f) ＝K₁〔ac｛sinc（of）〓（bf）｝＊sinc（cf） ＋ｃ（ｂ−ａ）e^-j4〓^nd/〓｛e^-j〓^bfsinc（ｂ −ａ）ｆ〓（bf）｝＊sinc（cf）〕_f=sio〓_{+sio /}〓 ｃ≫ｂの時には Ｇ(f) ≒K₁C〔｛〓（bf）＊sinc（cf）｝｛asinc（af） ＋（ｂ−ａ）e^-j(4〓^nd/〓⁾⁺〓^bf) sinc（ｂ−ａ）ｆ〕_f=sio〓_{+sio /}〓 以下簡単のため、ε＝ａ／ｂ δ＝2πnd／λ
とおく。ｆ＝０、−１／ｂ、−２／ｂの時、Ｇ(f)はピ
ーク 値をとり、それぞれ０次、１次、２次の回折光の
振幅値を与える。０次、１次、２次の回折光強度
をI₀、I₁、I₂とすると、 I₀＝K₂｜Ｇ(O)｜²＝K² ₁K₂b²c²｛ε²＋2ε
（１−ε）cos2δ＋（１−ε）²｝ I₁＝K₂｜Ｇ（１／ｂ）｜²＝K^2/1K₂2b²c²／
π²sin²πε・（１−cos2δ） I₂＝K₂｜（Ｇ２／ｂ）｜²＝K² ₁K₂b²／2π²
sin²2πε・（１−cos2δ） よつて I₁／I₀＝2sin²πε・（１−cos2δ）／π²｛１−2ε
（１−ε）（１−cos2δ）｝ ……(2) I₂／I₁＝cos²πε ……(3) またデイスク表面法線と０次回折光４の波面法
線のなす角θ0は０＝sinθ₀＋sin／λよりθ₀＝−
で ある。よつて、１次回折光５の波面法線と０次回
折光４の波面法線のなす角をθ₀₁とすると −１／ｂ＝sin（＋θ₀₁）＋sin／λ となる。 ｂ＝λ／sin（θ₀₁＋）−sin ……(4) I₀、I₁、I₂のパワー値を光電素子１３，１４，
１５で検出し、１次回折光と０次回折光のなす角
θ₀₁を光電素子１３，１４の位置関係により測定
することで、I₁／I₀、I₂／I₁、θ₀₁等は測定出来る。
よつて(2)、(3)、(4)の関係式を連立させることによ
り、溝幅ａ、溝深ｄ、溝ピツチｂは測定できる。
しかしながら、上記の構成では溝端の傾斜部すな
わち溝のだれを含んだ台形状の溝を測定すること
が出来ない。 発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、
溝端に傾斜すなわち溝のだれを含んだ台形状の溝
形状を測定することのできる光デイスク溝形状測
定装置を提供することを目的とする。 発明の構成 本発明は屈折率ｎの基材におおわれた、溝幅
ａ、溝深ｄ、溝ピツチｂ、溝端での傾斜部の幅ｅ
の台形状の溝をもつ光デイスク記録面に波長λの
平行光を照射し、平行光の波面法線の光デイスク
トラツク溝直交断面上の方向成分が光デイスク記
録面法線との角度をなし、平行光の０次、１
次、２次及びｍ次の反射もしくは回折光の光軸上
に光電素子を配設させて、それぞれの光強度I₀、
I₁、I₂、I_nを検出し、素子間の位置関係により０
次と１次の反射もしくは透過回折光の光軸のなす
角θを検出し、ａ／ｂ＝ε、（ｂ−ａ−2e）／ｂ
＝ε、2πnd／λ＝δとして、 ｂ＝λ／｛sin（θ＋）−sin｝ I₁／I₀＝sin²πε−2sinπεsinπ
εcos2δ＋sin²πε／π²（ε²＋2εεcos2δ＋ε² I₂／I₀＝sin²2πε＋2sin2πεsin2
πεcos2δ＋sin²2πε／4π²（ε²＋2εεcos2δ＋ε^{2
I_n／I₀＝sin2mπε＋２（−１）msi
nmπεsinmπεcos2δ＋sin2mπε／mπ2（ε2＋2εεc
os2δ＋ε2） の４式を連立して溝形状を測定することのできる
ものである。 実施例の説明 第３図は本発明の実施例における光デイスク溝
形状測定装置のレーザー受光部を示す説明図であ
る。平行光はトラツク溝直交断面上での入射角
でデイスク表面７に入射し、屈折率ｎの基材部８
を経て、溝幅ａ、溝深ｄ、溝ピツチｂ、溝端での
傾斜部の幅ｅの台形状の溝をもつ光デイスク記録
面９′により反射し、その反射回折光は再び基材
部８を経て光デイスク表面７より出射する。その
０次、１次、２次及びｍ次の回折光軸上にそれぞ
れ集光レンズ１０，１１，１２，１１′を配設し、
その焦点位置付近にそれぞれ光電素子１３，１
４，１５，１４′を設置する。以上のように構成
された本実施例の光デイスク溝形状測定装置につ
いて、以下その測定原理について説明する。 第３図に示すように、トラツク溝直交断面とデ
イスク表面７の交線をｕ軸とし、トラツク溝直交
断面とデイスク記録面９′との交線をｘ軸とする。
デイスク表面入射前での入射光の振幅分布q₁
（ｕ）、入射直後からデイスク記録面に至るまでの
入射光の振幅分布g₂(x)は前述のとうりである。デ
イスク記録面９′での反射光の振幅成分g′₃(x)は次
式で与えられる。 g₃(x)＝〓（ｘ／ｃ）e-j2〓/〓xsin /n〔１／ｂ｛〓
（ｘ／ａ）＊〓（ｘ／ｂ）｝＋１／ｂ｛〓（ｘ−ｂ／２
／ｂ−ａ−2e） ej2〓/〓n(xtan2a-2d)｝＊〓（ｘ／ｂ）〕 この反射光のデイスク表面７出射直後の振幅分
布g₄′(u)は次式で与えられる。 g₄′(u)＝〓（ｕ／ｃ）e-j2〓/〓usin〔１／ｂ｛〓
（ｕ／ａ）＊〓（ｕ／ｂ）｝＋１／ｂ｛〓（ｎ−ｂ／２
／ｂ−ａ−ze） e-j2〓/〓n(utan2a-2d)｝＊〓（ｕ／ｂ） このデイスク表面出射後の反射光のフラウンホ
ーフア領域での振幅分布Ｇ(f)は次式で与えられ
る。 G′(f)＝K₁F〔g′₄(u)〕 ……(5) 式(5)を計算し、 Ｇ(f) ＝K₁〔ac｛sinc（af）〓（bf）｝＊sinc（cf） ＋ｃ（ｂ−ａ−2e）e-j4〓nd/〓｛e-j〓bf sinc（ｂ−ａ−ze）ｆ〓（bf）｝ ＊sinc（cf）〕_f=sio〓_{+sio /}〓 ただしf₀＝nsin2d λ ｃ≫ｂの時には G′(f) ≒K₁C〔｛〓（bf）＊sinc（cf）｝｛asinc（af） ＋（ｂ−ａ−2e）e-j(4〓nd/〓)+〓bf)sinc（ｂ−ａ −2e）（ｆ−f₀）ｆ〕_f=sio〓_{+sio /}〓 以下簡単のため、ε＝ａ／bε＝（ｂ−ａ−
2e）／ｂ、δ＝2πnd／λとおく。ｆ＝０、−１／ｂ、 −２／ｂ、ｍ／ｂの時Ｇ(f)はピーク値をとり、それぞ
れ ０次、１次、２次の回折光の振幅値を与える。０
次、１次、２次及びｍ次の回折光強度をI₀、I₁、
I₂、I_nとすると、I₀、I₁、I₂、I_nは次式は次式で与
えられる。 I₀＝｜G′(O)｜2＝K21K₂b2c2 ｛ε2＋2εcos2δ＋2｝ I₁＝｜G′（−１／ｂ）｜2＝K2/1K₂2b2c2／π2 （sin2πε−2sinπεsinπεcos2δ＋sin2πε） I₂＝｜G′（−２／ｂ｜2＝K2 ₁K₂b2c2／4π2 （sin22πε＋2sin2πεsin2πcos2δ ＋sin22π） I_n＝｜G′（−ｎ／ｂ｜2＝K2 ₁K₂b2c2／m2π2 （sin2mπε＋２（−１）msinmπεsinmπcos2δ＋
sin2mπ） よつて以下の(6)、(7)、(8)式が基まる。 I₁／I₀＝sin2πε−2sinπεsinπεcos2δ
＋sin2πε／π2（ε2＋2εεcos2δ＋ε2）……(6) I₂／I₀＝sin22πε＋2sin2πεsin2πεcos2
δ＋sin22πε／4π2（ε2＋2εεcos2δ＋ε2）……(7
) I_n／I₀＝sin2mπε＋２（−１）msinmπεsi
n2πεcos2δ＋sin2mπε／m2π2（ε2＋2εεcos2δ＋
ε2）……(8) また溝幅ｂは０次と１次の回折光波面法線のな
す角θ₀₁を使つて、前述の(4)式で与えられる。 I₀、I₁、I₂、I_nのパワー値を光電素子１３，１
４，１５，１４′で検出し、０次回折光と１次回
折のなす角θ₀₁を光電素子１３，１４の位置関係
により測定することで、I₁／I₀、I₂／I₀、I_n／I₀、
θ₀₁等は測定出来る。よつて(2)、(3)、(4)、(6)の関
係式を連立させることにより台形状の溝寸法であ
る溝幅ａ、溝深ｄ、溝ピツチｂ、溝端での傾斜部
の幅ｅの測定が出来る。 以上のように、本実施例によれば０次、１次、
２次及びｍ次の反射回折光の光軸上に光電素子を
配設させて、それぞれの光強度を測定し、０次と
１次の回折光光軸のなす角を検出することによ
り、光デイスク記録面の溝幅、溝深、溝ピツチ、
及び溝端の傾斜部の幅を測定することのできるも
のである。なお上記実施例では反射回折光の検出
による測定方法を説明したが、透過回折光の検出
によつても同様の測定が可能である。さらに、デ
イスクに照射する平行光がトラツク溝断面に傾斜
して入射する光であつても溝形状を測定する算出
式に変化はない。 発明の効果 本発明の光デイスク溝形状測定装置は、０次、
１次、２次及びｍ次の反射もしくは透過回折光の
軸上に光電素子を配設させて、それぞれの光強度
を測定し、０次と１次の回折光の光軸のなす角を
検出することにより、台形状の溝形状をなす光デ
イスク記録面の溝幅、溝深、溝ピツチ、及び溝端
の傾斜部の幅を測定を実現するものであり、その
実用的効果は大きい。}

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光デイスク溝形状測定装置のレ
ーザー照射部を示す図、第２図は従来の光デイス
ク溝形状測定装置のレーザー受光部を示す図、第
３図は本発明の実施例における光デイスク溝形状
測定装置のレーザー受光部を示す図である。 ７……光デイスク表面、８……基材部、９，
９′……記録面、１０，１１，１１′，１２……集
光レンズ、１３，１４，１４′，１５……光電素
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 屈折率ｎの基材におおわれた、溝幅ａ、溝深
   ｄ、溝ピツチｂ、溝端での傾斜部の幅ｅの台形状
   の溝をもつ光デイスク記録面に波長λの平行光を
   照射し、前記平行光の波面法線の光デイスクトラ
   ツク溝直交断面上の方向成分が前記光デイスク記
   録面法線との角度をなし、前記平行光の０次、
   １次、２波及びｍ次の反射もしくは回折光の光軸
   上に光電素子を配設させて、それぞれの光強度
   I₀、I₁、I₂、I_nを検出し、前記素子間の位置関係
   により前記０次と１次の反射もしくは透過回折光
   の光軸のなす角θを検出し、ａ／ｂ＝ε、（ｂ−
   ａ−2e）／ｂ＝、2πnd／λ＝δとして ｂ＝λ／｛sin（θ＋）−sin｝ I₁／I₀＝sin²πε−2sinπεsinπεcos
   2δ＋sin²π／π²（ε²＋2εεcos2δ＋ε² I₂／I₀＝sin²2πε＋2sin2πεsin2πε
   cos2δ＋sin²2πε／4π²（ε²＋2εεcos2δ＋ε² I_n／I₀＝sin²mπε＋２（−１）^msinmπ
   εsinmπεcos2δ＋sin²mπε／m²π²（ε²＋2εεcos2
   δ＋ε²） の４式を連立して溝形状を測定することを特徴と
   する光デイスク溝形状測定装置。