JP4559984B2 - 光ディスク原盤露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク原盤露光装置に係り、特に光ディスク原盤の溝間隔を高精度で露光する光ディスク原盤露光装置の改良に関するものである。

従来の光ディスク原盤露光装置として、特許文献１に記載のものがある。これは、光ディスク原盤の溝間隔を高精度で露光する露光装置及び位置制御方法の改良に関し、ディスク原盤の表面に形成したレジスト膜に一定の間隔で渦巻き線の溝を高精度で露光することを目的とし、微小移動手段を介して装置本体に固定されている光を照射するヘッドと、ディスク原盤を支持するターンテーブルが搭載されている移動ステージとを有し、この移動ステージは、装置本体に固定されている移動手段によってこのターンテーブルの直径方向に移動され、この微小移動手段により、この移動ステージの移動位置に対してこのヘッドの位置が補正されるように構成したものである。

ところで、近年、光ディスクの大容量化に伴いスパイラル状の隣接するトラックの溝間隔が非常に狭くなってきている。トラックの溝間隔はＣＤが１．６μｍ、ＤＶＤが０．７４μｍ、次世代光ディスク(Blu-ray Disc)が０.３２μｍ、次次世代となると０．１μｍに近づいてくる。従って、トラック一周における隣接トラックの溝間隔（隣接トラック溝間隔）の高精度化が必要になる。許容される隣接トラック溝間隔の変動はＣＤで±３０ｎｍ、ＤＶＤで±１０ｎｍ、次世代ディスク以上では±１０ｎｍ以下となっている。

ここで、大容量光ディスクおけるトラック溝間隔変動の原因として、次のようなことがあげられる。その一つとして、スパイラル状のトラック溝を作製する光ディスク原盤露光装置は、回転テーブルとそのテーブルを移動させる移動ステージを有しており、回転テーブルに搭載された光ディス原盤は、回転テーブル中心に対して数十μｍ程度偏心しており、回転テーブルの回転時に遠心力が発生し、回転部に振れ回り振動を発生する。この振れ回り振動が移動ステージに伝搬し、移動ステージの移動ムラとなってあらわれる。また、移動ステージのサーボ制御においてもサーボ偏差があり若干の移動ムラが存在している。またさらに、以上のようなｎｍオーダの高精密位置決めでは、これらの装置に外部から入ってくる外乱振動も移動ステージの移動ムラとなってあらわれる。

これらの課題を解決するため、従来は、特許文献２に記載の光ディスク原盤露光装置が提案されている。この光ディスク原盤露光装置にあっては、微小移動手段を介して装置本体に固定されている光を照射するヘッドと、ディスク原盤を支持するターンテーブルが搭載されている移動ステージを、装置本体に固定されている移動手段によってターンテーブルの直径方向に移動し、この移動ステージの移動位置に対して、光を照射するヘッドの位置を微小移動手段により補正して、隣接するトラックの溝間隔を高精度に露光しようとしている。

さらに、他の従来技術として、特許文献３に記載の光ディスク原盤露光装置が提案されている。この光ディスク原盤露光装置では、移動ステージの送り偏差信号を偏差表示器に表示し、回転テーブルの送り方向振動量を計測部で計測して、計測部から出力され偏差表示器の表示に応じて調整された振れ振動信号の周波数及び位相情報に基づいて移動台の受けた送り方向回転振動伝達力を打ち消す方向の駆動信号を加振器制御部から加振器に出力し加振器を加振させて振動を打ち消すものであり、振動源となる回転機構に光ディスク原盤が偏芯して吸着固定された場合に発生する回転時の振れ回り振動の移動台に対する送り方向振動を打ち消すことができ、送り精度を向上させて、露光品質を向上させることができる。
特開平１０−２９３９２８号公報 特開平１０−２９３９２８号公報 特開２００４−７９０５６号公報

しかしながら、上述した特許文献２の光ディスク原盤露光装置では、通常、光ディスク原盤が、外径に対して数十μｍ程度偏心しており、数十μｍ程度の偏重心でターンテーブル上に搭載されているため、回転時に働く遠心力により、回転部が振れ回り振動を発生する。したがって、ターンテーブル側面のレーザー照射位置が回転角とともに変化し、正確な送り方向の差分を計測することができず、この不正確な計測信号に基づいて微小移動手段を動作させると、正確な補正動作を行うことができないだけでなく、逆にトラック溝間隔変動が発生して露光品質を悪化させるおそれがあった。

また、上述した特許文献３の光ディスク原盤露光装置では、回転時の振れ回り振動の移動台に対する送り方向振動を打ち消すのみであり、その他の送り方向振動については打ち消すことができず、しかも、打ち消す量を定量的に算出できないという問題があった。

本発明の目的は、隣接トラック溝間隔に変動があっても隣接トラック溝間隔偏差量に応じて、その変動を打ち消すように露光ビームの照射位置を制御して隣接トラック溝間隔変動を除去することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、サーボ制御装置により直線方向に駆動される移動ステージに支承された回転テーブルに光ディスク原盤を載置し、該光ディスク原盤に露光ビームを照射し、前記光ディスク原盤に所定の情報をスパイラル状に記録する光ディスク原盤露光装置において、前記サーボ制御装置から得られるサーボ偏差信号と回転テーブルから得られる回転角度位置信号を入力して回転角度位置毎に移動ステージのサーボ偏差値を記憶するサーボ偏差記憶手段と、該サーボ偏差記憶手段に記憶されている現トラックにおける移動ステージのサーボ偏差値と前トラックの移動ステージのサーボ偏差値と回転テーブルの回転角度位置から隣接するトラック間の溝間隔を算出し、該トラック間の溝間隔に基づいて隣接するトラック間の溝間隔の偏差量を算出する隣接トラック溝間隔偏差算出手段と、該隣接トラック溝間隔偏差算出手段からの偏差量に基づいて前記光ディスク原盤に照射される露光ビームの照射位置を調整する露光ビーム照射位置調整手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、サーボ制御装置により直線方向に駆動される移動ステージに支承された回転テーブルに光ディスク原盤を載置し、該光ディスク原盤に露光ビームを照射し、前記光ディスク原盤に所定の情報をスパイラル状に記録する光ディスク原盤露光装置において、前記サーボ制御装置から得られるサーボ偏差信号と回転テーブルから得られる回転角度位置信号を入力して回転角度位置毎に移動ステージのサーボ偏差値を記憶するサーボ偏差記憶手段と、該サーボ偏差記憶手段に記憶されている現トラックにおける移動ステージのサーボ偏差値と前トラックの移動ステージのサーボ偏差値と回転テーブルの回転角度位置から隣接するトラック間の溝間隔を算出し、該トラック間の溝間隔に基づいて隣接するトラック間の溝間隔の偏差量を算出する隣接トラック溝間隔偏差算出手段と、該隣接トラック溝間隔偏差算出手段からの偏差量に基づいて前記光ディスク原盤に照射される露光ビームの照射位置を調整する露光ビーム照射位置調整手段とを備えたことにより、移動ステージが回転テーブルの回転振れによる変動や、基台の振動および移動ステージサーボ制御異常で変動し、トラック溝間隔が狭く又は広くなっても、その変動を検出して変動をキャンセルする方向に偏向器を制御して露光ビームを移動させるので、トラック全周に渡り隣接トラック溝間隔が安定した光ディスク原盤が作製できる。

以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は光ディスク原盤露光装置の実施形態を示す全体構成図である。露光ビーム１が照射される光ディスク原盤２は回転テーブル３に搭載されており、回転テーブル３はスピンドルモータ４により回転駆動される。スピンドルモータ４は移動ステージ５に搭載されており、移動ステージ５はスライドモータ６により駆動され、図１上で、左右方向に移動する。スピンドルモータ４はスピンドルモータ制御装置７により制御され、スライドモータ６はスライドモータ制御装置８により制御される。スピンドルモータ４には、ロータリエンコーダ１４が付設され、移動ステージ５には、リニアエンコーダ１５が付設されている。

露光源９より出射されたレーザーからなる露光ビーム１はミラー１１で反射され偏向器１２で所定角度に偏向され対物レンズ１３に入射し、対物レンズ１３により極微小な露光ビーム１に絞られ光ディスク原盤２に照射される。このような構成の装置において、スピンドルモータ制御装置７とスライドモータ制御装置８が連動して制御することにより、光ディスク原盤２にはスパイラル状のトラック溝が露光される。なお、図１では、露光源９としてレーザーを用いているが、露光源として電子銃を用いた電子カラムから照射される電子ビームを用いてもよい。

リニアエンコーダ１５は、装置全体を支える基台（図示せず）に固定されており、移動ステージ５の移動位置に応じて移動位置信号を発生して、トラック溝間隔偏差算出装置２１内のカウンター２３へ送出する。具体的には、リニアエンコーダ１５から移動ステージ５の移動速度に応じた電気信号パルス列が発生する。このリニアエンコーダ１５が、移動位置検出手段を構成する。ロータリエンコーダ１４は、スピンドルモータ４の回転角度位置信号を発生して、トラック溝間隔偏差算出装置２１内のＣＰＵ２２へ送出する。具体的には、ロータリエンコーダ１４からスピンドルモータ４の回転角速度に応じた電気信号パルス列が発生する。このロータリエンコーダ１４が、回転角度位置検出手段を構成する。

トラック溝間隔偏差算出装置２１は、ＣＰＵ２２を中心に、カウンター２３、Ｄ／Ａ変換器２４、メモリー２５，２６等から構成されている。ＣＰＵ２２は、移動ステージ５についての移動位置信号と、スピンドルモータ４についての回転角度位置信号とから隣接トラック溝間隔偏差を算出し、偏向器１２に出力する。このトラック溝間隔偏差算出装置２１が、隣接トラック溝間隔偏差算出手段を構成する。これらの構成により、光ディスク原盤露光装置の運転中に、移動ステージ５が回転テーブル３の回転振れによる変動や、基台の振動、および移動ステージ５へのサーボ制御異常で変動し、トラック溝間隔が狭く又は広くなると、トラック溝間隔変動算出装置２１が、移動位置信号と回転角度位置信号からそれを検出して、変動をキャンセルする方向に偏向器１２を制御してトラック溝間隔が所定値内に入るように露光ビーム１を移動する。この偏向器１２が、露光ビーム照射位置調整手段を構成する。

図１のトラック溝間隔偏差算出装置２１において、カウンター２３は、移動ステージ５の移動速度に応じた電気信号パルス列をカウントする機能を持っている。ＣＰＵ２２は、スピンドルモータ４の回転角速度に応じた電気信号パルス列を割り込み信号として受け付ける。割り込み信号は回転テーブル３の角度位置も示しているので、ＣＰＵ２２は、割り込み信号が入力される毎に、移動ステージ５の移動位置を示すカウンター値を取り込み、回転テーブル３の回転角度位置と共にメモリー２５に記憶する。これらの処理が移動位置記憶手段の処理に相当する。

ここで、ロータリエンコーダ１４の１回転あたりに発生する電気信号パルス数を１０００個とすると、移動ステージ５の移動方向を基準に、回転角度０．３６度ごとに１パルスが発生して、１回転で１０００個のデータが記憶される。これらのデータをＤＡＴ［Ｎ、Ａｍ］（Ｎはトラック数、Ａｍは回転角度数で１〜１０００、角度位置は０．３６×Ａｍとなる）とする。その結果、１トラック前のデータはＤＡＴ［Ｎ−１、Ａｍ］としてメモリー２５に保存されていることになる。ＣＰＵ２２は隣接トラック溝間隔をＤＡＴ［Ｎ、Ａｍ］−ＤＡＴ［Ｎ−１、Ａｍ］で演算し、結果をＰＴ［Ｎ、Ａｍ］(Ａｍは１〜１０００）としてメモリー２５に保存する。これらの処理が、隣接トラック溝間隔算出手段の処理に相当する。

ＰＴ［Ｎ、Ａｍ］は１回転のトラック溝間隔データを示しており、ここでＰＴＡＶＥ［Ｎ］＝（ＰＴ［Ｎ、１］＋ＰＴ［Ｎ、２］＋・・・・・＋ＰＴ［Ｎ、１０００］）／１０００を演算すると、ＰＴＡＶＥ［Ｎ］は隣接トラック溝間隔変動の平均値となる。この値もメモリー２５に保存される。ここでＥＲＲ［Ｎ、Ａｍ］＝ＰＴ［Ｎ、Ａｍ］−ＰＴＡＶＥ［Ｎ−１］を演算すると、ＥＲＲ［Ｎ、Ａｍ］は隣接トラック溝間隔変動の偏差のデジタルデータであり、Ｄ／Ａ変換器２４でデジタル−アナログ変換して、偏向器１２へ送出することで、トラック１周に渡るトラック溝間隔偏差アナログ信号が得られる。これらの処理が、トラック溝間隔偏差出力手段の処理を構成する。

図２は、上述した隣接トラック溝間隔を求める方法を示した説明図である。Ａ点から出発してＢ点までの２トラック分を示す。トラック（Ｎ−１）とトラック（Ｎ）が隣接トラック溝間隔であり、角度０．３６×Ａｍにおけるステージ位置データは、ＤＡＴ［Ｎ−１、Ａｍ］とＤＡＴ［Ｎ、Ａｍ］でありメモリー２５に保存されている。隣接トラック溝間隔はＰＴ［Ｎ、Ａｍ］＝ＤＡＴ［Ｎ、Ａｍ］−ＤＡＴ［Ｎ−１、Ａｍ］となる。

次に、請求項１の発明に係る光ディスク原盤露光装置の実施形態について説明する。図３は請求項１の発明に係る光ディスク原盤露光装置の実施形態を示す全体構成図である。露光ビーム１が照射される光ディスク原盤２は回転テーブル３に搭載されており、回転テーブル３はスピンドルモータ４により回転駆動される。スピンドルモータ４は移動ステージ５に搭載されており、移動ステージ５はスライドモータ６により駆動され、図３上で、左右方向に移動する。スピンドルモータ４はスピンドルモータ制御装置７により制御され、スライドモータ６はスライドモータ制御装置８により制御される。スピンドルモータ４には、ロータリエンコーダ１４が付設されている。

露光源９より出射されたレーザーからなる露光ビーム１はミラー１１で反射され、偏向器１２で所定角度に偏向されて対物レンズ１３に入射し、対物レンズ１３で極微小な露光ビーム１に絞られ光ディスク原盤２に照射される。このような構成の装置において、スピンドルモータ制御装置７とスライドモータ制御装置８が連動して制御されることにより、光ディスク原盤２にはスパイラル状のトラック溝が露光される。なお、図３では、露光源９としてレーザーを用いているが、露光源として電子銃を用いた電子カラムから照射される電子ビームを用いてもよい。

スライドモータ制御装置８は移動ステージ５の位置をサーボ制御により制御して、そのサーボ偏差信号を出力する。具体的には、移動ステージ５の目標位置に対する偏差量としてのアナログ信号が出力される。ロータリエンコーダ１４はスピンドルモータ４の回転角度位置信号を発生する。具体的には、スピンドルモータ４の回転角速度に応じた電気信号パルス列を発生する。トラック溝間隔偏差算出装置３１は、ＣＰＵ３２を中心に、Ａ／Ｄ変換器３３、Ｄ／Ａ変換器３４、メモリー３５，３６等から構成されている。

ＣＰＵ３２は、入力された移動ステージ５のサーボ偏差信号とスピンドルモータ４の回転角度位置信号とから得られるデータを、メモリー３５に記憶する。これらの処理がサーボ偏差記憶手段の処理を構成する。次いで、ＣＰＵ３２は、メモリー３５に記憶されたデータから隣接トラック溝間隔偏差を算出し、偏向器１２に出力する。これらの処理が隣接トラック溝間隔偏差算出手段の処理に相当する。これらの構成により、光ディスク原盤露光装置の運転中に、移動ステージ５が回転テーブル３の回転振れによる変動や、基台の振動、および移動ステージ５へのサーボ制御異常で変動し、トラック溝間隔が狭く又は広くなると、トラック溝間隔変動算出装置３１が、サーボ偏差信号と回転角度位置信号からそれを検出して、変動をキャンセルする方向に偏向器１２を制御してトラック溝間隔が所定値内に入るように露光ビーム１を移動する。この偏向器１２が、露光ビーム照射位置調整手段を構成する。

次に、図３中のトラック溝間隔偏差算出装置３１について詳しく説明する。Ａ／Ｄ変換器３３はサーボ偏差信号をデジタルデータに変換する。ＣＰＵ３２はスピンドルモータ４の回転角速度に応じた電気信号パルス列を割り込み信号として受け付ける。割り込み信号は回転テーブル３の角度位置も示しているので、ＣＰＵ３２は割り込み毎に移動ステージ５のサーボ偏差のデータ値を取り込み、回転テーブル３の回転角度位置と共にメモリー３５に記憶させる。これらの処理が、サーボ偏差記憶手段の処理に相当する。ここで、ロータリエンコーダ１４の１回転あたりに発生する電気信号パルス数を１０００個とすると、移動ステージ５の移動方向を基準に回転角度０．３６度ごとに１回転で１０００個のデータが記憶される。

これらのデータをＤＡＴ［Ｎ、Ａｍ］（Ｎはトラック数、Ａｍは回転角度数で１〜１０００、角度位置は０．３６×Ａｍとなる）とする。その結果、１トラック前のデータはＤＡＴ［Ｎ−１、Ａｍ］としてメモリー３５に保存されていることになる。ＣＰＵ３２は隣接トラック溝間隔偏差をＤＡＴ［Ｎ、Ａｍ］−ＤＡＴ［Ｎ−１、Ａｍ］で演算し、結果をＥＲＲ［Ｎ、Ａｍ］(Ａｍは１〜１０００）としてメモリー３５に保存する。ＥＲＲ［Ｎ、Ａｍ］は隣接トラック溝間隔偏差のデジタルデータであり、Ｄ／Ａ変換器３４でデジタル−アナログ変換することで、トラック１周に渡るトラック溝間隔偏差アナログ信号が得られる。これらの処理が、トラック溝間隔偏差出力手段の処理に相当する。

本発明は、光ディスク原盤露光装置以外には、精密加工を行う工作機械の位置制御に利用することも可能である。

光ディスク原盤露光装置の実施形態を示す全体構成図である。 図１における隣接トラック溝間隔を求める方法を示した説明図である。 光ディスク原盤露光装置の実施形態を示す全体構成図である。

符号の説明

１ 露光ビーム
２ 光ディスク原盤
３ 回転テーブル
４ スピンドルモータ
５ 移動ステージ
６ スライドモータ
７ スピンドルモータ制御装置
８ スライドモータ制御装置
９ 露光源
１１ ミラー
１２ 偏向器
１３ 対物レンズ
１４ ロータリエンコーダ
１５ リニアエンコーダ
２１ トラック溝間隔偏差算出装置
２２ ＣＰＵ
２３ カウンター
２４ Ｄ／Ａ変換器
２５，２６ メモリー
３１ トラック溝間隔偏差算出装置
３２ ＣＰＵ
３３ Ａ／Ｄ変換器
３４ Ｄ／Ａ変換器
３５，３６ メモリー

Claims (1)

1. サーボ制御装置により直線方向に駆動される移動ステージに支承された回転テーブルに光ディスク原盤を載置し、該光ディスク原盤に露光ビームを照射し、前記光ディスク原盤に所定の情報をスパイラル状に記録する光ディスク原盤露光装置において、
   前記サーボ制御装置から得られるサーボ偏差信号と回転テーブルから得られる回転角度位置信号を入力して回転角度位置毎に移動ステージのサーボ偏差値を記憶するサーボ偏差記憶手段と、
   該サーボ偏差記憶手段に記憶されている現トラックにおける移動ステージのサーボ偏差値と前トラックの移動ステージのサーボ偏差値と回転テーブルの回転角度位置から隣接するトラック間の溝間隔を算出し、該トラック間の溝間隔に基づいて隣接するトラック間の溝間隔の偏差量を算出する隣接トラック溝間隔偏差算出手段と、
   該隣接トラック溝間隔偏差算出手段からの偏差量に基づいて前記光ディスク原盤に照射される露光ビームの照射位置を調整する露光ビーム照射位置調整手段と、
   を備えたことを特徴とする光ディスク原盤露光装置。

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