JP2001330431A - 面形状特性測定装置および面形状特性測定方法 - Google Patents

面形状特性測定装置および面形状特性測定方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】光ディスクの信号記録面等の円盤体の被測定面
の表面形状に関する特性を正確にかつ効率的に測定する
ことができる面形状特性測定装置および面形状特性測定
方法を提供する。 【解決手段】回転する円盤体の被測定面の垂直方向の速
度を検出するレーザドップラー速度計１１と、レーザド
ップラー速度計１１による各測定位置での線速度と検出
した垂直方向の検出速度とに基づいて、光ディスクＤの
各測定位置における基準面に対する回転方向の傾斜角β
を算出する傾斜角算出部６１と、光ディスクＤの各測定
位置における垂直方向の変位を算出する変位算出部６０
と、垂直方向の加速度を算出する加速度算出部５９と、
フォーカスサーボ系に発生すると予想される追従誤差量
を算出する追従誤差量算出部５８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、光ディ
スク等の円盤体の被測定面の形状に関する諸特性値を測
定する面形状特性測定装置および面形状特性測定方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に示すように、円盤状の記録媒体で
ある光ディスク１０１は、光学的に透明なプラスチック
製の光ディスク基板１０３の一面に信号記録面１０４を
備えており、信号記録面１０４内の所定の領域に信号記
録領域１０２を備えている。また、この信号記録面１０
４内の信号記録領域１０２には、たとえば、図８（ａ）
に示すように、ディスク基板１０３の一方の信号記録面
１０４に連続溝状のグルーブ１０５およびこれに隣接す
るランド１０６がトラック毎に所定のトラックピッチＰ
（１〜２μｍ）でスパイラル状に設けられているもの
や、図８（ｂ）に示すように、信号記録面１０４にピッ
ト１０８の列が、トラック毎に所定のトラックピッチで
スパイラル状に設けられているものも知られている。た
とえば、情報を記録可能な相変化型あるいは光磁気型の
光ディスクでは、図８（ａ）に示したグルーブ１０５が
設けられた信号記録面１０４上に、相変化膜あるいは磁
性膜、光反射層、および保護膜層（いずれも図示せず）
が順に形成されており、信号記録面１０４上における、
グルーブ１０５およびランド１０６のいずれか一方を記
録エリアとし、他方をトラッキング用の光反射エリアと
して用いるものが多数を占めている。また、再生専用の
光ディスクにおいては、図８（ｂ）に示したピット１０
８の列を設けた信号記録面１０４上に光反射層および保
護膜層（いずれも図示せず）が順に形成されており、信
号記録面１０４上におけるピット１０８の列を記録エリ
アおよびトラッキング用回折格子として用いるものが多
数を占めている。
【０００３】上記のような構成の光ディスクでは、光デ
ィスクを回転させながら、光ディスク基板１０３の一方
の信号記録面１０４とは反対側の無信号面１０７から、
光学ピックアップに搭載された対物レンズ（図示せず）
で集光したレーザー光を照射する。情報を記録可能な光
ディスクでは、その照射光によって、たとえば、ランド
１０６上の記録層に光学的に情報が書き込まれ、あるい
は、反射光によって同記録層への光学的書き込み情報が
読み取られる。さらに、記録または再生用のレーザー光
が常に所定のトラック上に照射されるように、例えばグ
ルーブ１０５からの反射光を検出してトラッキングを行
う。再生専用の光ディスクでは、無信号面１０７から光
学ピックアップで照射した光に対して、ピット１０８の
列を設けた面１０４からの反射・回折光を検出すること
で、情報の読み取りおよびトラッキングを行う。
【０００４】一方、近年開発が進んでいる高密度光ディ
スクでは、図９に示すように、グルーブ１０５を設けた
信号記録面１０４上に、光反射層と相変化膜あるいは磁
性膜からなる光反射面１０４および０．１ｍｍ程度の一
定の厚みを持つ透明な層１１１の順で形成されるものが
知られている。再生専用の光ディスクに関しても同様
に、光反射層からなる光反射面１０４および０．１ｍｍ
程度の一定の厚みを持つ透明層１１１の順で形成された
ものが知られている。このように成膜された光ディスク
の場合には、光ディスクを回転させながら、光ディスク
基板１０３の面１０４上に形成した透明層１１１側に、
光学ピックアップ（図示せず）を配置し、レーザー光を
照射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光ディスク
基板１０３は、一般に、プラスチックを射出成形するこ
とにより形成される。この方法により作製された光ディ
スク基板１０３は、成形時の熱ひずみや気温や湿度など
環境の変化に伴い、反りが生じることが知られている。
さらに、成型時の金型の歪みによってディスク表面にう
ねりが生じる。光ディスク基板１０３に反りやうねりの
凹凸がある状態で回転させると、光ディスク基板１０３
の表面に上下の振れが発生し、信号読み取り用レンズの
焦点位置がディスクの信号記録面から外れたり（デフォ
ーカス）、信号記録面が信号読みとり用レンズの焦点面
から傾いたり（スキュー）することになる。この時、光
学ピックアップで集光されたスポットは収差の影響を受
けてしまう。この収差の大きさは、ピックアップレンズ
の開口数（ＮＡ）に依存し、デフォーカスによる収差は
ＮＡの二乗に、また、スキューによる収差は開口数（Ｎ
Ａ）の三乗に比例する。つまり、開口数（ＮＡ）が大き
くなればなるほど、許容できるデフォーカスやスキュー
が小さくなる。一方、ディスク表面から信号記録面１０
４までの厚みが小さいほど、デフォーカスやスキューに
よる収差は小さくなる。この理由により、近年の光ディ
スクの高密度化に伴い、高開口数（ＮＡ）化と共に、デ
ィスクの厚みの薄肉化が進んでいる。たとえば、図８に
示したような高密度光ディスクでは、ディスク基板１０
３のグルーブやランドまたはピット列が形成された信号
記録面１０４の上に、０．１ｍｍ程度の薄い透明層１１
１を乗せたディスク構造となっているものもある。この
ように、開口数（ＮＡ）が大きくなることによって生じ
る収差の影響を低減するために、光学的に薄いディスク
の開発が行われている。最近では、短波長（λ≦４３０
ｎｍ）、高開口数（ＮＡ≧０．７６）の高密度ディスク
の提案がなされている。
【０００６】上記のような高ＮＡ化に伴い焦点深度が浅
くなるため、光ディスク基板１０３に許される面ぶれ、
すなわち、光ディスク基板１０３の表面の凹凸の大きさ
にはいっそう厳しい値が要求されるようになっている。
このため、光ディスク基板１０３表面の形状に関する特
性を正確に測定する必要がある。たとえば、光ディスク
基板１０３表面の凹凸や、フォーカスサーボをかけた際
に発生する光ディスク基板１０３表面の凹凸に対して追
従できない追従誤差量や、いわゆるタンジェンシャルス
キュー(Tangential Skew) 等の面形状特性を精度良くか
つ効率的に測定することが要求されている。
【０００７】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであって、たとえば、光ディスクの信号記録面等の円
盤体の被測定面の表面形状に関する特性を正確にかつ効
率的に測定することができる面形状特性測定装置および
面形状特性測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の面形状特性測定
装置は、回転する円盤体の被測定面の垂直方向の速度を
検出する速度検出手段と、前記速度検出手段による各測
定位置での線速度と検出した垂直方向の検出速度とに基
づいて、前記被測定面の前記各測定位置における基準面
に対する回転方向の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と
を有する。
【０００９】本発明の面形状特性測定装置は、前記速度
検出手段の検出した速度データに含まれるノイズ成分を
除去するディジタルフィルタ手段と、前記速度検出手段
のサンプリングレートに応じて、前記ディジタルフィル
タ手段のフィルタ特性が予め設定されたフィルタ特性と
なるようにフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手
段とをさらに有する。
【００１０】前記傾斜角算出手段は、前記垂直方向の速
度を前記線速度で除算した値を前記傾斜角の正接とし、
この正接の逆関数によって当該傾斜角を算出する。
【００１１】本発明の面形状特性測定装置は、前記円盤
体を回転させる回転手段と、前記速度検出手段を前記円
盤体の半径方向に相対的に移動させる移動手段と、前記
速度検出手段による前記円盤体の測定位置の半径および
当該測定位置における目標線速度を入力する入力手段
と、入力された前記半径および前記目標線速度に基づい
て、前記円盤体を回転させる回転数を算出し、算出され
た回転数で前記円盤体を回転させ、かつ、前記入力され
た半径の測定位置に前記速度検出手段を移動させる制御
指令を前記回転手段および移動手段に出力する制御手段
とを有する。
【００１２】前記速度検出手段は、前記円盤体の被測定
面に非接触で前記垂直方向の速度を検出する。
【００１３】好適には、前記速度検出手段は、レーザド
ップラー速度計である。
【００１４】前記円盤体は、光学的に情報の記録および
再生の少なくとも一方が可能な記録媒体であり、前記被
測定面は、前記記録媒体の信号記録面である。
【００１５】本発明の面形状特性測定装置は、検出した
前記垂直方向の速度に基づいて、前記被測定面の垂直方
向の変位を算出する変位算出手段と、検出した前記垂直
方向の速度に基づいて、前記円盤体の被測定面の各検出
位置の垂直方向の加速度を算出する加速度算出手段と、
検出した前記垂直方向の速度、および、回転する前記円
盤体の被測定面から垂直な方向の目標位置に所定の対象
物を追従させるサーボ系のゲイン特性に基づいて、前記
サーボ系に発生すると予想される前記被測定面の凹凸に
対して追従できない追従誤差量を算出する追従誤差量算
出手段と、をさらに有する。
【００１６】前記対象物は、前記記録媒体の信号記録面
への情報の記録および前記信号記録面からの情報の再生
の少なくとも一方を行う光学ピックアップあるいは当該
光学ピックアップに搭載されたレンズであり、前記サー
ボ系は、光学ピックアップあるいは当該光学ピックアッ
プに搭載されたレンズのフォーカスを前記信号記録面か
ら垂直な方向の目標位置に追従させるフォーカスサーボ
系である。
【００１７】前記追従誤差算出手段は、検出した前記垂
直方向の速度データに含まれる低域および高域のノイズ
成分を除去するバンドパスフィルタと、前記バンドパス
フィルタの出力を時間で積分する積分器とを有する。
【００１８】本発明の面形状特性測定方法は、回転する
円盤体の被測定面の垂直方向の速度を検出する速度検出
ステップと、前記被測定面の各測定位置での線速度と検
出した垂直方向の検出速度とに基づいて、前記被測定面
の前記各測定位置における基準面に対する回転方向の傾
斜角を算出する傾斜角算出ステップとを有する。
【００１９】本発明の面形状特性測定方法は、前記速度
検出ステップにおいて検出した速度データに含まれるノ
イズ成分をディジタルフィルタによって除去するフィル
タリングステップと、前記速度検出ステップにおけるサ
ンプリングレートに応じて、前記ディジタルフィルタの
フィルタ特性が予め設定されたフィルタ特性となるよう
にフィルタ係数を算出するフィルタ係数算出ステップと
をさらに有する。
【００２０】前記傾斜角算出ステップは、前記垂直方向
の速度を前記線速度で除算した値を前記傾斜角の正接と
し、この正接の逆関数によって当該傾斜角を算出する。
【００２１】前記速度検出ステップは、前記円盤体の測
定位置の半径および当該測定位置における目標線速度を
入力するステップと、入力された前記半径および前記目
標線速度に基づいて、前記円盤体を回転させる回転数を
算出し、算出された回転数で前記円盤体を回転させるス
テップと、入力された前記半径の測定位置に前記垂直方
向の速度を検出する所定の速度検出手段を移動させるス
テップとを有する。
【００２２】前記速度検出ステップは、前記円盤体の被
測定面に非接触で前記垂直方向の速度を検出する。
【００２３】前記速度検出ステップは、レーザドップラ
ー速度計を用いて前記垂直方向の速度を検出する。
【００２４】前記円盤体には、光学的に情報の記録およ
び再生の少なくとも一方が可能な記録媒体を使用し前記
被測定面は、前記記録媒体の信号記録面である。
【００２５】本発明の面形状特性測定方法は、検出した
前記垂直方向の速度に基づいて、前記被測定面の垂直方
向の変位を算出する変位算出ステップと、検出した前記
垂直方向の速度に基づいて、前記円盤体の被測定面の各
検出位置の垂直方向の加速度を算出する加速度算出ステ
ップと、検出した前記垂直方向の速度、および、回転す
る前記円盤体の被測定面から垂直な方向の目標位置に所
定の対象物を追従させるサーボ系のゲイン特性に基づい
て、前記サーボ系に発生すると予想される前記被測定面
の凹凸に対して追従できない追従誤差量を算出する追従
誤差量算出ステップと、をさらに有する。
【００２６】前記対象物は、前記記録媒体の信号記録面
への情報の記録および前記信号記録面からの情報の再生
の少なくとも一方を行う光学ピックアップあるいは当該
光学ピックアップに搭載されたレンズであり、前記サー
ボ系は、光学ピックアップあるいは当該光学ピックアッ
プに搭載されたレンズのフォーカスを前記信号記録面か
ら垂直な方向の目標位置に追従させるフォーカスサーボ
系である。
【００２７】前記追従誤差量算出ステップは、検出した
前記垂直方向の速度データに含まれる低域および高域の
ノイズ成分をバンドパスフィルタによって除去し、この
バンドパスフィルタの出力を時間で積分して前記追従誤
差量を算出する。
【００２８】本発明では、回転する円盤体の垂直方向の
速度を検出し、検出した垂直方向の速度と測定位置の線
速度とから当該測定位置における回転方向の傾斜角、い
わゆるタンジェンシャルスキューを算出する。測定位置
の線速度は、測定位置の半径と円盤体の回転数から特定
でき、円盤体の垂直方向の速度は、たとえば、レーザド
ップラー速度計により直接的に検出されたものであるの
で、タンジェンシャルスキューの算出精度が高くなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形
態に係る面形状特性測定装置の構成図である。図１にお
いて、面形状特性測定装置１は、円盤体である記録媒体
としての光ディスクＤを保持し回転させるスピンドルモ
ータ２と、スピンドルモータ２の回転軸の傾きを調整す
るためのゴニオメータ４と、スライドモータ６と、スラ
イド機構８と、レーザドップラー速度計１１と、ポテン
ショメータ１０とを備えている。ここで、スピンドルモ
ータ２は本発明の回転手段の一具体例に対応しており、
スライドモータ６およびスライド機構８は本発明の移動
手段を構成している。
【００３０】光ディスクＤは、たとえば、信号記録面上
に０．１ｍｍの光透明層を備えている。光ディスクＤの
信号記録面は、たとえば、金属膜が蒸着形成された光を
反射する光反射面となっている。ただし、光ディスクＤ
は光反射面上に０．１ｍｍの透明層を持つものに限るわ
けではなく、その他種々の光ディスクを用いることがで
きる。
【００３１】スライド機構８は、ゴニオメータ４を光デ
ィスクＤの半径方向に移動自在に保持している。スライ
ドモータ６は、スライド機構８において回転自在にベー
スＢＳ上に保持されたねじ軸７を回転させる。このねじ
軸７は、ゴニオメータ４に螺合しており、ゴニオメータ
４はベースＢＳ上に設けられたスライドベース部材９に
移動自在に案内されており、ねじ軸７の回転により、矢
印Ａ１およびＡ２方向に移動する。
【００３２】ポテンショメータ１０は、ベースＢＳ上に
固定されており、このポテンショメータ１０は、矢印Ａ
１およびＡ２で示すスライド機構８のスライド方向にお
けるスピンドルモータ２の位置、すなわち、光ディスク
Ｄの位置を検出する。
【００３３】レーザドップラー速度計１１は、レーザビ
ームＬをプリズム１３に向けて出力する。プリズム１３
は、レーザドップラー速度計１１から出力されたレーザ
ビームＬを光ディスクＤの信号記録面に入射させる。こ
のとき、レーザドップラー速度計１１およびプリズム１
３は、光ディスクＤの信号記録面に焦点が合うように高
さ調整されている。
【００３４】光ディスクＤの信号記録面に垂直な方向に
速度成分を持てば、信号記録面で反射した反射光はドッ
プラー効果によりその振動数がシフトする。したがっ
て、レーザドップラー速度計１１は、出力したレーザ光
と反射光とを比較することにより、光ディスクＤの信号
記録面に垂直な方向の速度を検出する。
【００３５】レーザドップラー速度計１１から出力され
るレーザ光Ｌは、スライド機構８の位置を変更すること
により、光ディスクＤの任意の半径位置に照射される。
【００３６】図２は、本発明の一実施形態に係る面形状
特性測定装置の制御系の構成図である。図２において、
面形状特性測定装置１は、制御／演算装置５１と、スピ
ンドルモータ２を駆動するスピンドルドライバ７１と、
スライドモータ６を駆動するスライドドライバ７２をさ
らに備えている。
【００３７】制御／演算装置５１は、たとえば、パーソ
ナルコンピュータで構成され、キーボード、マウス、デ
ィスプレイ等のマンマシンインターフェースを備えてお
り。制御／演算装置５１は、たとえば、上記のポテンシ
ョメータ１０の検出信号１０ｓを所定の形式のディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７３と、レーザドップラ
ー速度計１１の検出信号を所定の形式のディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器７４とを備えている。Ａ／Ｄ変
換器７４は、制御／演算装置５１から出力される信号Ｓ
ｃよって決まるサンプリングレートでレーザドップラー
速度計１１の検出信号をサンプルする。
【００３８】スピンドルドライバ７１は、制御／演算装
置５１から出力される制御信号５１ｓａに応じた駆動電
流をスピンドルモータ２に供給する。スライドドライバ
７２は、制御／演算装置５１から出力される制御信号５
１ｓｂに応じた駆動電流をスライドモータ６に供給す
る。
【００３９】図３は、制御／演算装置５１の構成を示す
図である。図３に示すように、制御／演算装置５１は、
速度データ入力部５２と、各種データ入力部５３と、制
御部５４と、サンプリングレート算出部５５と、フィル
タ係数算出部５６と、ディジタルフィルタ部５７と、追
従誤差算出部５８と、傾斜角算出部６１と、変位算出部
６０と、加速度算出部５９と、表示部６２とを備えてい
る。ここで、各種データ入力部５３は本発明の入力手
段、制御部５４は本発明の制御手段、フィルタ係数算出
部５６は本発明のフィルタ係数算出手段、ディジタルフ
ィルタ部５７は本発明のフィルタ手段、追従誤差算出部
５８は本発明の追従誤差算出手段、傾斜角算出部６１は
本発明の傾斜角算出手段、変位算出部６０は本発明の変
位算出手段、加速度算出部５９は本発明の加速度算出手
段のそれぞれ一具体例に対応している。
【００４０】速度データ入力部５２は、レーザドップラ
ー速度計１１の検出した光ディスクＤの信号面の垂直方
向の速度データＶが入力され、これを保持する。
【００４１】各種データ入力部５３は、レーザドップラ
ー速度計１１による光ディスクＤの測定位置の半径デー
タＲおよび測定位置における目標線速度Ｌｖが入力さ
れ、これらのデータを保持する。また、各種データ入力
部５３は、レーザドップラー速度計１１による速度Ｖの
光ディスクＤの１回転あたりのデータサンプリング数Ｓ
ｎが入力されこれを保持する。さらに、各種データ入力
部５３は、ディジタルフィルタ部５７のフィルタ特性、
あるいは、追従誤差算出部５８のフィルタ特性Ｆｒが入
力される。具体的には、このフィルタ特性Ｆｒは、ディ
ジタルフィルタ部５７および追従誤差算出部５８のゲイ
ン特性である。
【００４２】制御部５４は、各種データ入力部５３に入
力された測定位置の半径データＲおよび目標線速度Ｌｖ
に基づいて、光ディスクＤを回転数Ｎを算出し、算出さ
れた回転数Ｎで回転させる制御指令５１ｓａをスピンド
ルドライバ７１に出力する。また、制御部５４は、各種
データ入力部５３に入力された半径データＲの測定位置
にレーザドップラー速度計１１による光ディスクＤの測
定位置に移動させる制御指令５１ｓｂをスライドドライ
バ７２に出力する。具体的には、ポテンショメータ１０
からフィードバックされるスピンドルモータ２の位置に
基づいて、スピンドルモータ２の半径方向の位置を制御
する。
【００４３】サンプリングレート算出部５５は、各種デ
ータ入力部５３に入力された測定位置の半径データＲ、
目標線速度Ｌｖおよびデータサンプリング数Ｓｎから、
サンプリングレートＳｒを算出する。
【００４４】フィルタ係数算出部５６は、サンプリング
レート算出部５５で算出されたサンプリングレートＳｒ
と各種データ入力部５３に入力されたフィルタ特性に基
づいて、ディジタルフィルタ部５７および追従誤差算出
部５８を構成するディジタルフィルタのフィルタ係数を
算出する。
【００４５】ディジタルフィルタ部５７は、傾斜角算出
部６１、変位算出部６０および加速度算出部５９で使用
されるレーザドップラー速度計１１の検出した速度デー
タＶに含まれる、たとえば、光ディスクＤの表面のゴミ
や傷によるノイズ、信号伝送系等の高域のノイズを除去
するためのローパスフィルタで構成されている。このロ
ーパスフィルタは、たとえば、ＩＩＲディジタルフィル
タで実現できる。このローパスフィルタのフィルタ特性
を決定するフィルタ係数は、フィルタ係数算出部５６で
算出される。
【００４６】傾斜角算出部６１は、レーザドップラー速
度計１１による光ディスクＤ内での各測定位置での線速
度（走査速度）Ｖｓとレーザドップラー速度計１１によ
って検出した垂直方向の速度Ｖとに基づいて、光ディス
クＤの信号記録面の各測定位置における基準面に対する
回転方向の傾斜角を算出する。
【００４７】具体的には、図４に示すように、矢印Ｇの
向きに回転する光ディスクＤのレーザドップラー速度計
１１による測定位置ＳＰにおける基準面ＳＦに対する回
転方向の傾斜角（タンジェンシャルスキュー）をβとす
ると、測定位置ＳＰでの光ディスクＤの垂直方向の速度
Ｖを測定位置ＳＰでの線速度Ｖｓで除した値Ｖ／Ｖｓは
ｔａｎβと等価である。したがって、傾斜角βは、次式
（１）に示すように、この正接の逆関数によって算出す
ることができる。
【００４８】
【数１】β＝ｔａｎ-1（Ｖ／Ｖｓ） …（１）
【００４９】変位算出部６０は、レーザドップラー速度
計１１によって検出した垂直方向の速度Ｖを積分して、
回転する光ディスクＤの信号記録面の垂直方向の変位を
算出する。
【００５０】加速度算出部５９は、レーザドップラー速
度計１１によって検出した垂直方向の速度Ｖを微分し、
回転する光ディスクＤの信号記録面の垂直方向の加速度
を算出する。
【００５１】追従誤差算出部５８は、レーザドップラー
速度計１１によって検出した垂直方向の速度Ｖおよび回
転する前記円盤体の被測定面から垂直な方向の目標位置
に所定の対象物を追従させるサーボ系のゲイン特性に基
づいて、このサーボ系に発生すると予想される光ディス
クＤの信号記録面の凹凸に対して追従できない追従誤差
量を算出する。具体的には、追従誤差算出部５８は、光
ディスクＤの信号記録面へ情報の記録および信号記録面
からの情報の再生の少なくとも一方を行う光学ピックア
ップあるいは当該光学ピックアップに搭載されたレンズ
のフォーカスを信号記録面から垂直な方向の目標位置に
追従させるフォーカスサーボ系の追従誤差量を算出す
る。
【００５２】追従誤差算出部５８は、各種データ入力部
５３に入力されたフィルタ特性のバンドパスフィルタ
と、このバンドパスフィルタの出力を積分する積分器で
構成される。これらバンドパスフィルタおよび積分器
は、たとえば、ＩＩＲディジタルフィルタで構成するこ
とができる。このバンドパスフィルタは、上記のフォー
カスサーボ系の伝達関数特性を備えているとともに、デ
ィスクＤの面ぶれによる低域ノイズおよび伝送系当の高
域ノイズを除去する特性を有する。
【００５３】表示部６２は、傾斜角算出部６１、変位算
出部６０、加速度算出部５９および追従誤差算出部５８
で得られた結果を、所定の形式に加工して表示装置の画
面に表示する。
【００５４】次に、上記構成の面形状特性測定装置１を
用いた面形状特性測定方法について図５に示すフローチ
ャートを参照して説明する。まず、追従誤差算出部５８
およびディジタルフィルタ部５７のフィルタ特性を入力
する（ステップＳ１）。さらに、光ディスクＤの測定位
置の半径Ｒおよびこの半径Ｒにおける線速度（走査速
度）Ｌｖを入力する（ステップＳ２）。なお、データサ
ンプリング数Ｓｎも同時に入力する。
【００５５】測定開始すると（ステップＳ３）、制御部
５４は、入力された半径Ｒの位置にレーザドップラー速
度計１１の測定位置がくるように、スライド機構８を移
動させる（ステップＳ４）。さらに、制御部５４は、入
力された半径Ｒおよび線速度Ｌｖから、スピンドルモー
タ２の回転数Ｎを算出し、駆動する（ステップＳ５）。
【００５６】一方、サンプリングレート算出部５５で
は、入力された半径Ｒ、線速度Ｌｖおよびデータサンプ
リング数Ｓｎに基づいて、サンプリングレートＳｒを算
出する（ステップＳ６）。さらに、算出したサンプリン
グレートＳｒおよび入力されたフィルタ特性に基づい
て、追従誤差算出部５８およびディジタルフィルタ部５
７のフィルタ係数を算出する（ステップＳ７）。これに
より、サンプリングレートＳｒが変化しても、常に一定
のフィルタ特性が得られる。
【００５７】制御／演算装置１では、算出したサンプリ
ングレートＳｒでＡ／Ｄ変換器７４からレーザドップラ
速度計１１の検出信号を採取する（ステップＳ８）。
【００５８】たとえば、光ディスクＤの１回転分の速度
データが採取されたら、これらのデータはディジタルフ
ィルタ部５７でディジタルフィルタ処理される（ステッ
プＳ９）。
【００５９】傾斜角算出部６１では、フィルタ処理され
た速度データＶと、入力された線速度データＬｖから各
測定位置の回転方向の傾斜角βを算出する（ステップＳ
１０）。
【００６０】変位算出部６０では、フィルタ処理された
速度データＶに積分処理を施し（ステップＳ１１）、光
ディスクＤの垂直方向の変位を算出する（ステップＳ１
２）。
【００６１】加速度算出部５９では、フィルタ処理され
た速度データＶに微分処理を施し（ステップＳ１３）、
光ディスクＤの垂直方向の加速度を算出する（ステップ
Ｓ１４）。
【００６２】一方、追従誤差算出部５８では、レーザド
ップラ速度計１１の検出した速度データをディジタルフ
ィルタ（バンドパスフィルタ）処理し（ステップＳ１
５）、このディジタルフィルタ処理された速度データＶ
に積分処理を施し（ステップＳ１６）、追従誤差（光デ
ィスクＤの微細な表面形状）を算出する（ステップＳ１
７）。
【００６３】次いで、算出結果が、たとえば、表示部６
２によって画面に出力される（ステップＳ１８）。測定
が終了した場合（ステップＳ１９）には、スピンドルモ
ータ２の駆動を停止し、スライド機構８を原点位置に復
帰させる（ステップＳ２０）。
【００６４】ここで、表示部６２による画面への出力例
を図６に示す。図６においてグラフ（ａ）は追従誤差算
出部５８で得られたデータを示しており、グラフ（ｂ）
はフィルタ処理されていない速度データＶを示してお
り、グラフ（ｃ）は変位算出部６０で得られたデータを
示しており、グラフ（ｄ）はディジタルフィルタ処理さ
れた速度データＶを示しており、グラフ（ｅ）は加速度
算出部５９で得られたデータを示している。
【００６５】なお、表示部６２は、図６に示したよう
に、光ディスクＤの１回転分のデータを表示する以外
に、算出された追従誤差量、変位、加速度、速度データ
等の光ディスクＤ内における分布を立体的に把握可能に
画面上に表示する構成とすることも可能である。
【００６６】以上のように、本実施形態によれば、レー
ザドップラー速度計１１によって非接触でかつ直接的に
検出した光ディスクＤの信号記録面に垂直方向の速度デ
ータＶを使用して、測定位置における回転方向の傾斜角
（タンジェンシャルスキュー）を算出するため、算出し
た値が非常に精度の高いものとなる。また、本実施形態
によれば、ディジタルフィルタ部５７および追従誤差算
出部５８のフィルタ特性をサンプリングレートＳｒに応
じて、予め設定されたフィルタ特性となるようにフィル
タ係数を算出するため、各算出値の精度を安定化させる
ことができる。
【００６７】さらに、本実施形態によれば、回転方向の
傾斜角の算出に使用する速度データＶを用いて、同時
に、垂直方向の変位、加速度、フォーカスサーボの追従
誤差を同時に算出できる。なお、加速度の算出は、速度
データＶの一次微分から算出できるため、光ディスクＤ
の信号記録面に垂直方向の変位データから加速度を算出
する場合に比べて、精度を高めることが可能となる。こ
のように、本実施形態によれば、光ディスクＤの信号記
録面の種々の面形状特性を、精度良く、かつ、簡易に測
定可能となる。
【００６８】本発明は、上述した実施形態に限定されな
い。上述した実施形態においては、本発明の円盤体とし
て光ディスクＤの場合について説明したが、本発明は、
光ディスクの信号記録面ばかりでなく、たとえば、光デ
ィスクの信号記録面の面振れ発生の原因になりうる光デ
ィスクの信号記録面を形成するためのスタンパの面形状
特性を測定することができる。また、本発明は光ディス
クではなく磁気ディスク等の他の円盤状の記録媒体の面
形状特性の測定にも適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば、光ディスクの信号記録
面等の円盤体の被測定面の表面形状に関する特性を正確
にかつ効率的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る面形状特性測定装置
の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る面形状特性測定装置
の制御系の構成図である。
【図３】制御／演算装置５１の構成を示す図である。
【図４】本発明の回転方向の傾斜角βの算出方法を説明
するための図である。
【図５】面形状特性測定装置１を用いた面形状特性測定
方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】表示部６２による画面への出力例を示す図であ
る。
【図７】光ディスクの構成を示す図である。
【図８】光ディスクの信号記録面の構造例を示す図であ
る。
【図９】光ディスクの層構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…面形状特性測定装置、２…スピンドルモータ、４…
ゴニオメータ、６…スライドモータ、７…ねじ軸、８…
スライド機構、１０…ポテンショメータ、１１…レーザ
ドップラー速度計、１３…プリズム、５１…制御／演算
装置、５２…速度データ入力部、５３…各種データ入力
部、５４…制御部、５５…サンプリングレート算出部、
５６…フィルタ係数算出部、５７…ディジタルフィルタ
部、５８…追従誤差算出部、５９…加速度算出部、６０
…変位算出部、６１…傾斜角算出部、６２…表示部、Ｄ
…光ディスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｓ 17/58 Ｇ０１Ｓ 17/58 Ｇ１１Ｂ 7/26 Ｇ１１Ｂ 7/26 Ｆターム(参考） 2F065 AA35 AA46 BB03 BB16 CC03 DD00 FF00 FF64 GG04 HH04 HH13 JJ01 LL12 MM04 PP13 QQ03 QQ33 QQ34 RR06 SS13 UU05 2F069 AA54 AA66 AA71 CC07 GG07 GG20 HH09 HH15 HH30 JJ17 MM26 NN00 NN02 NN05 NN06 NN08 5D121 HH07 HH18 5J084 AA07 AB17 AC07 AD04 CA29 CA31 CA34 CA76 DA01 DA02 DA08 EA01 EA40

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転する円盤体の被測定面の垂直方向の速
    度を検出する速度検出手段と、 前記速度検出手段による各測定位置での線速度と検出し
    た垂直方向の検出速度とに基づいて、前記被測定面の前
    記各測定位置における基準面に対する回転方向の傾斜角
    を算出する傾斜角算出手段とを有する面形状特性測定装
    置。
  2. 【請求項２】前記速度検出手段の検出した速度データに
    含まれるノイズ成分を除去するディジタルフィルタ手段
    と、 前記速度検出手段のサンプリングレートに応じて、前記
    ディジタルフィルタ手段のフィルタ特性が予め設定され
    たフィルタ特性となるようにフィルタ係数を算出するフ
    ィルタ係数算出手段とをさらに有する請求項１に記載の
    面形状特性測定装置。
  3. 【請求項３】前記傾斜角算出手段は、前記垂直方向の速
    度を前記線速度で除算した値を前記傾斜角の正接とし、
    この正接の逆関数によって当該傾斜角を算出する請求項
    １に記載の面形状特性測定装置。
  4. 【請求項４】前記円盤体を回転させる回転手段と、 前記速度検出手段を前記円盤体の半径方向に相対的に移
    動させる移動手段と、 前記速度検出手段による前記円盤体の測定位置の半径お
    よび当該測定位置における目標線速度を入力する入力手
    段と、 入力された前記半径および前記目標線速度に基づいて、
    前記円盤体を回転させる回転数を算出し、算出された回
    転数で前記円盤体を回転させ、かつ、前記入力された半
    径の測定位置に前記速度検出手段を移動させる制御指令
    を前記回転手段および移動手段に出力する制御手段とを
    有する請求項１に記載の面形状特性測定装置。
  5. 【請求項５】前記速度検出手段は、前記円盤体の被測定
    面に非接触で前記垂直方向の速度を検出する請求項１に
    記載の面形状特性測定装置。
  6. 【請求項６】前記速度検出手段は、レーザドップラー速
    度計である請求項５に記載の面形状特性測定装置。
  7. 【請求項７】前記円盤体は、光学的に情報の記録および
    再生の少なくとも一方が可能な記録媒体であり、 前記被測定面は、前記記録媒体の信号記録面である請求
    項１に記載の面形状特性測定装置。
  8. 【請求項８】検出した前記垂直方向の速度に基づいて、
    前記被測定面の垂直方向の変位を算出する変位算出手段
    と、 検出した前記垂直方向の速度に基づいて、前記円盤体の
    被測定面の各検出位置の垂直方向の加速度を算出する加
    速度算出手段と、 検出した前記垂直方向の速度、および、回転する前記円
    盤体の被測定面から垂直な方向の目標位置に所定の対象
    物を追従させるサーボ系のゲイン特性に基づいて、前記
    サーボ系に発生すると予想される前記被測定面の凹凸に
    対して追従できない追従誤差量を算出する追従誤差量算
    出手段と、をさらに有する請求項１に記載の面形状特性
    測定装置。
  9. 【請求項９】前記対象物は、前記記録媒体の信号記録面
    への情報の記録および前記信号記録面からの情報の再生
    の少なくとも一方を行う光学ピックアップあるいは当該
    光学ピックアップに搭載されたレンズであり、 前記サーボ系は、光学ピックアップあるいは当該光学ピ
    ックアップに搭載されたレンズのフォーカスを前記信号
    記録面から垂直な方向の目標位置に追従させるフォーカ
    スサーボ系である請求項８に記載の面形状特性測定装
    置。
  10. 【請求項１０】前記追従誤差量算出手段は、検出した前
    記垂直方向の速度データに含まれる低域および高域のノ
    イズ成分を除去するバンドパスフィルタと、 前記バンドパスフィルタの出力を時間で積分する積分器
    とを有する請求項８に記載の面形状特性装置。
  11. 【請求項１１】回転する円盤体の被測定面の垂直方向の
    速度を検出する速度検出ステップと、 前記被測定面の各測定位置での線速度と検出した垂直方
    向の検出速度とに基づいて、前記被測定面の前記各測定
    位置における基準面に対する回転方向の傾斜角を算出す
    る傾斜角算出ステップとを有する面形状特性測定方法。
  12. 【請求項１２】前記速度検出ステップにおいて検出した
    速度データに含まれるノイズ成分をディジタルフィルタ
    によって除去するフィルタリングステップと、 前記速度検出ステップにおけるサンプリングレートに応
    じて、前記ディジタルフィルタのフィルタ特性が予め設
    定されたフィルタ特性となるようにフィルタ係数を算出
    するフィルタ係数算出ステップとを有する請求項１１に
    記載の面形状特性測定方法。
  13. 【請求項１３】前記傾斜角算出ステップは、前記垂直方
    向の速度を前記線速度で除算した値を前記傾斜角の正接
    とし、この正接の逆関数によって当該傾斜角を算出する
    請求項１１に記載の面形状特性測定方法。
  14. 【請求項１４】前記速度検出ステップは、前記円盤体の
    測定位置の半径および当該測定位置における目標線速度
    を入力するステップと、 入力された前記半径および前記目標線速度に基づいて、
    前記円盤体を回転させる回転数を算出し、算出された回
    転数で前記円盤体を回転させるステップと、 入力された前記半径の測定位置に前記垂直方向の速度を
    検出する所定の速度検出手段を移動させるステップと、 を有する請求項１１に記載の面形状特性測定方法。
  15. 【請求項１５】前記速度検出ステップは、前記円盤体の
    被測定面に非接触で前記垂直方向の速度を検出する請求
    項１１に記載の面形状特性測定方法。
  16. 【請求項１６】前記速度検出ステップは、レーザドップ
    ラー速度計を用いて前記垂直方向の速度を検出する請求
    項１５に記載の面形状特性測定方法。
  17. 【請求項１７】前記円盤体には、光学的に情報の記録お
    よび再生の少なくとも一方が可能な記録媒体を使用し、 前記被測定面は、前記記録媒体の信号記録面である請求
    項１１に記載の面形状特性測定方法。
  18. 【請求項１８】検出した前記垂直方向の速度に基づい
    て、前記被測定面の垂直方向の変位を算出する変位算出
    ステップと、 検出した前記垂直方向の速度に基づいて、前記円盤体の
    被測定面の各検出位置の垂直方向の加速度を算出する加
    速度算出ステップと、 検出した前記垂直方向の速度、および、回転する前記円
    盤体の被測定面から垂直な方向の目標位置に所定の対象
    物を追従させるサーボ系のゲイン特性に基づいて、前記
    サーボ系に発生すると予想される前記被測定面の凹凸に
    対して追従できない追従誤差量を算出する追従誤差量算
    出ステップと、をさらに有する請求項１１に記載の面形
    状特性測定方法。
  19. 【請求項１９】前記対象物は、前記記録媒体の信号記録
    面への情報の記録および前記信号記録面からの情報の再
    生の少なくとも一方を行う光学ピックアップあるいは当
    該光学ピックアップに搭載されたレンズであり、 前記サーボ系は、光学ピックアップあるいは当該光学ピ
    ックアップに搭載されたレンズのフォーカスを前記信号
    記録面から垂直な方向の目標位置に追従させるフォーカ
    スサーボ系である請求項１８に記載の面形状特性測定方
    法。
  20. 【請求項２０】前記追従誤差量算出ステップは、検出し
    た前記垂直方向の速度データに含まれる低域および高域
    のノイズ成分をバンドパスフィルタによって除去し、こ
    のバンドパスフィルタの出力を時間で積分して前記追従
    誤差量を算出する請求項１８に記載の面形状特性方法。
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