JP2008165948A - 光ピックアップ検査装置及び光ピックアップ検査方法 - Google Patents

光ピックアップ検査装置及び光ピックアップ検査方法 Download PDF

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剛 五十嵐
Yasuo Hachi
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Abstract

【課題】高密度情報記録対応型光ディスク用の光ピックアップを高精度に検査可能な光ピックアップの検査装置を提供できなかった。
【解決手段】光源111と、ハーフミラー112と、検出領域A,B,C,Dを有する受光器117とを備えた光ピックアップ11の良品・不良品を検査する光ピックアップ検査装置1であって、検査の際には、光ピックアップ11から装置1側へ供給される各受光信号に基づいて生成したDPD信号S1、MPP信号S2の位相差(S1−S2)が所定範囲内にあるときには、光ピックアップ11を良品と判定し、所定範囲外にあるときには、不良品と判定する判定手段17を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、DVD等の高密度情報記録対応型光ディスクに対してディジタルデータを記録又は再生するために使用する光ピックアップの良品・不良品を高精度に検査可能な光ピックアップの検査装置、方法に関するものである。
近年、ディジタルデータを記録又は再生するのに好適な光情報記録媒体として、CD(compact disc)やDVD(digital versatile disc)等の光ディスクが多用されている。光ディスクへのデータの記録又は光ディスクからのデータの再生には、図4に示す構成の光ピックアップ11が用いられる。
この光ピックアップ11は、光源である半導体レーザ111がレーザ光Lを発生する。レーザ光Lは、同図に示すように、ハーフミラー112を透過した後に、コリメータレンズ113、λ/4板114を介して、対物レンズ115に入射し、検査用光ディスク(ROMディスク)2の情報記録面(以下「ディスク面」と記す)21上にスポット光として集光照射される。検査用光ディスク2のディスク面21上に予め形成されているピット列で変調された前記反射光は、対物レンズ115、λ/4板114、コリメータレンズ113を再び介した後に、ハーフミラー112によって反射され、非点収差光学素子116、受光器であるフォトダイオード(PD)117に導かれる。PD117は4分割した検出領域A,B,C,Dを有している(図5、図9,図10)。
上記した光ピックアップ11の一部を成すハーフミラー112は、反射光をPD117側へ反射する反射面112aを有している。この反射面112aは平坦な面上に所定厚で反射膜を一様に蒸着形成して鏡面状に仕上げて成る。
しかし、反射膜は成膜条件次第では厚さに微小にバラつきが生じてしまい、所定厚で反射膜を一様に蒸着形成することは難しい。一方、光ピックアップ11の光学性能は、このハーフミラー112の反射膜の厚さのバラつきによる、反射特性の良否によって左右される。
こうした反射膜の厚さのバラツキの結果、組み上げた光ピックアップ11毎に、反射特性のバラつきが生じてしまい、PD117の検出領域A,B,C,D上に集光されるスポット光の輝度分布に偏りが生じる。言い換えるとこのバラつきによって、4分割検出領域A,B,C,Dの中心にスポット光の光強度中心が一致しない不都合が生じる。
このような反射膜の厚さのバラつきによる悪影響を回避するべく、特に円盤状情報記録媒体の半径方向についての透過率の不均一さを未然に排除するために、光ピックアップ(光ヘッド)に円盤状情報記録媒体の半径方向についてその透過率が増加または減少するフィルターを、ハーフプリズムと光検出器との間に介挿した光ヘッド装置がある(特許文献1参照)。しかしながらこの光ヘッド装置では、ハーフプリズムの反射率に対する入射角度依存性による問題は解決できるものの、反射特性が不均一なプリズムを補償することはできない。
特開2003−308627号
上記したように、光ピックアップ11(図4)を構成するハーフミラー112は、反射面112aが全面に亘り一様な厚さでなく、ハーフミラー112毎に異なっているために、反射面112aに対して拡散光で入射する入射光に対する反射光の光強度分布がバラついてしまう。この結果、図5に示すように、対物レンズ115のハーフミラー112側に形成されるファーフィールドパターンaと、PD117の4分割検出領域に形成されるファーフィールドパターンbとはその光強度分布が同一とはならない。
図6はハーフミラーの反射率の分布(反射特性)について説明する図である。横軸を入射角度(deg)、縦軸を反射光の反射率(%)として、任意に選択した5個のハーフミラーc,d,e,f,gを用いて、それぞれ1°刻みで入射角度−6°〜0〜+6°まで変化させたときの反射率の変化を示している。例えば、ハーフミラーcは反射率23%〜17%でバラついており、この反射率のバラつきが反射膜の膜厚のバラつきに相当する。ハーフミラーeは反射率19%〜18%で、ほぼ一様な反射特性を有している。こうしたハーフミラー112は、硝材に反射膜を蒸着して生成されており、前述したように、反射膜の厚さが不均一であるときにハーフミラーの反射率も不均一となる。反射率が不均一なハーフミラー112が組み込まれた光ピックアップ11は、PD117の各検出領域A,B,C,Dから出力される後述(図9,図10)の受光信号Ia,Ib,Ic,Id、Pa,Pb,Pc,Pdにこのバラつきによる悪影響(ノイズ混入)が生じるため、RF信号を良好に読み取ることができない結果、記録又は再生走査を安定して行うことができない。
詳しくは、図8に示すように、光ピックアップ11を用いて検査用光ディスク2を再生走査した場合に、情報が記録されていない箇所を走査すると、ディスク面21上のLPP信号部分iに対応したRF信号h部分でRF信号hレベルが低下する。この低下がノイズとなり、情報が記録されている箇所を走査した時に、RF信号hのレベルが部分的に低下し、読み取り信号に誤差が生じるという問題が発生する。
ハーフミラー112の反射特性の不均一によるこうした不具合を未然に防止するために、ハーフミラーの反射特性を検査する検査装置として、図7に示すように、半導体レーザ51から出射したレーザ光の拡散光をハーフミラー52に入射し、レンズ53及びミラー54を介してCCD(charge coupled device)カメラ55で取得し、画像処理装置56で取得された光束の強度分布を数値化する装置がある。しかしこの検査装置は、CCDカメラ55と強度分布の断面像を処理して表示する画像処理装置56が必要となり、検査装置が大型化し、また検査に時間がかかってしまうという問題がある。
一方、こうした反射膜の膜厚がバラついたハーフミラーを光ピックアップ11に用いると、ディスク上の光スポットの、トラック中心に対する法線方向の光強度中心とPD117上の4分割検出領域A,B,C,Dのスポット光の光強度中心にズレが生じることにより、DVD-RAMディスク再生時にCAPA(Complimentary Allocated Pit Addressing)信号の前後振幅の不揃いが生じる。
ここで、図9を用いて、信号検出部14(図1)の一部を構成するDPD信号検出手段141におけるDPD信号の検出について説明する。
DPD信号は、DPD方式(Differential Phase Detection方式)によって検出される。図9では、説明の便宜のためディスク面21でのピット深さd=λ/4の場合を例にして説明する。
DPD信号は、データの再生時にレーザ光のスポット光がピットを走査したとき、図9(a)に示すようなピットとスポットの位置関係によって、4分割センサの各領域A,B,C,Dのうち、対角関係の領域の信号の和(対角和)A+CとB+Dを用いて検出される。具体的には、DPD信号は、図9(b)に示すように、領域A,Cの和信号の二値化信号S(a+c)と領域B,Dの和信号の二値化信号S(b+d)の位相を比較することで検出できる。また、DPD信号は、領域AとBの位相比較結果と、領域CとDの位相比較結果を演算しても検出できる。
また、図10を用いて、信号検出部14(図1)の他部を構成するMPP信号検出手段142におけるMPP信号の検出について説明する。PP方式(Push-Pull方式)によって検出される。図10では、説明の便宜のためディスク面21でのピット深さd<λ/4の場合を例にして説明する。
MPP信号は、データの再生時にレーザ光がピットを走査したとき、図10(a)に示すようなピットとレーザ光のスポットの位置関係によって、4分割センサの各領域A,B,C,Dのそれぞれの光強度Ia,Ib,Ic,Idを用いて検出される。具体的には、MPP信号は、図10(b)に示すように、左右の信号強度の差(Ia+Id)−(Ib+Ic)によって検出できる。
DPD信号とMPP信号を求める場合の反射特性の影響を表1に示す。
Figure 2008165948
DPD信号の検出では、二値化した信号を位相比較しているため、センサの各領域での強度分布のずれの影響は基本的に受けない。但し、二値化の閾値より大きく強度分布がずれた場合にはDPD信号に影響を受ける。
MPP信号は左右信号そのものを演算するため、左右方向の反射率の変化はそのままレベル変動となる。したがって、ディスク上の光スポットがトラック中心にあっても、光強度に偏りがある場合MPP信号は0とならないでオフセットを発生する。また、表1に示したように、MPP信号は、Ia+Id とIb+Icが同一のときには影響がなく、異なるときには誤差が発生する。さらに、LPP信号レベルの品位、RF信号へのLPP信号の漏れ込み(図8)等の悪影響が生じていた。
従来は光ピックアップ11の検査においてハーフミラー112の反射特性を検査できなかったため、反射率が不均一なハーフミラー112を有する光ピックアップ11であっても光ディスク記録再生装置の光ピックアップとして生産されていた。しかしこのようにハーフミラー112の反射特性が不均一な光ピックアップ11を光ディスク記録再生装置用の光ピックアップとして使用すると、不良品が続出し、生産歩留まりが低下するという問題があった。こうした生産歩留まり向上のために、従来は光ピックアップ11の反射特性を高精度に検査できなかった。
そこで本発明は、DVD等の高密度情報記録対応型光ディスクに対してディジタルデータを記録又は再生するために使用する光ピックアップのハーフミラーの反射特性を検査に採用することによって、光ピックアップの良品・不良品を高精度に検査可能な光ピックアップの検査装置、方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は次の(1)〜(4)の構成を有する光ピックアップ検査装置、光ピックアップ検査方法を提供する。
(1)図1に示すように、光源(半導体レーザ)111と、ハーフミラー112と、複数分割した検出領域A,B,C,Dを有する受光器(PD)117とを備えた光ピックアップ11の良品・不良品を検査する光ピックアップ検査装置1であって、
検査の際には、所定位置に装着した前記光ピックアップ11の前記光源111から出射するレーザ光Lを前記ハーフミラー112を介して検査用光ディスク2のディスク面21に集光照射し、前記ディスク面21から反射する反射光を前記ハーフミラー112で前記受光器117側へ反射し、前記受光器117の前記複数分割した検出領域A,B,C,D上に集光し光電変換して各前記検出領域A,B,C,Dから出力する各受光信号Ia,Ib,Ic,Id、Pa,Pb,Pc,Pdを前記光ピックアップ11側から装置1側へ供給し、装置1側へ供給する各前記受光信号に基づいて生成して得た第1及び第2検出信号(第1検出信号であるDPD信号S1=(Pa+Pc)−(Pb+Pd)、第2検出信号であるMPP信号S2=(Ia+Id)−(Ib+Ic))の位相差(S1−S2)が前記ハーフミラー112単体の入射角度対反射率特性(図6)に基づく角度依存特性と位相差(S1−S2)との相関関係から求められる所定範囲(図3の「良品」エリア)内にあるときには、前記光ピックアップ11を良品と判定し、一方前記第1及び第2検出信号の位相差が所定範囲外(図3の「不良品」エリア)にあるときには、前記光ピックアップ11を不良品と判定する判定手段17を有することを特徴とする光ピックアップ検査装置。
(2) 光源と、ハーフミラーと、複数分割した検出領域を有する受光器とを備えた光ピックアップの良品・不良品を検査する光ピックアップ検査方法であって、
検査の際には、所定位置に装着した前記光ピックアップの前記光源から出射するレーザ光を前記ハーフミラーを介して検査用光ディスクのディスク面に集光照射し、前記ディスク面から反射する反射光を前記ハーフミラーで前記受光器側へ反射し、前記受光器の前記複数分割した検出領域上に集光し光電変換して各前記検出領域から出力する各受光信号を前記光ピックアップ側から装置側へ供給し、装置側へ供給する各前記受光信号に基づいて生成して得た第1及び第2検出信号の位相差が前記ハーフミラー単体の入射角度対反射率特性に基づく角度依存特性と位相差との相関関係から求められる所定範囲内にあるときには、前記光ピックアップを良品と判定し、一方前記第1及び第2検出信号の位相差が所定範囲外にあるときには、前記光ピックアップを不良品と判定する判定ステップを有することを特徴とする光ピックアップ検査方法。
(3) 前記判定手段に供給される前記第1検出信号は、前記受光器を構成する前記複数分割した各前記検出領域から出力する各前記受光信号に基づいて生成されるDPD(Differential Phase Detection)信号であり、
前記第2検出信号は、各前記受光信号に基づいて生成されるMPP(Main Push-Pull)信号であることを特徴とする(1)に記載の光ピックアップ検査装置。
(4) 前記判定手段は、
前記第1及び第2検出信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段から出力する位相差信号を入力し、前記ハーフミラー単体の入射角度対反射率特性に基づく前記角度依存特性対が所定範囲内にあるか否かを判別する判別手段とを有することを特徴とする(1)又は(3)に記載の光ピックアップ検査装置。
本発明に係る検査装置によれば、DVD等の高密度情報記録対応型光ディスク記録又は再生用の光ピックアップを構成するハーフミラーについて、部品単体としては「検査合格品(良品)」であっても、この良品を用いて光ピックアップ及び光ディスクドライブを組み上げると、光ディスクドライブとしては「良品」とはならないことが発生することを未然に回避することができるので、DVD等の高密度情報記録対応型光ディスクに対してディジタルデータを記録又は再生するための光ピックアップの検査を高精度に行うことができる効果がある。
本発明の最良の実施の形態に係る検査装置1は、図1に示すように、光ピックアップ11の性能を検査する装置である。具体的には、ハーフミラー112の反射特性および、光ピックアップ11の組立調整状態を検査して光ピックアップ11を光ディスク記録再生装置の生産に用いることができるか否かを検査する。検査装置1は、図1に示すように、検査対象となる光ピックアップ11が所定の検査位置(図示せず)に着脱自在に取り付けられるとともに、フォーカスサーボ回路12、光ピックアップ送り機構13、信号検出部14、ハーフミラー検査部15、制御部16及び判定部17を備えている。信号検出部14は、DPD信号検出手段141(図9)とMPP信号検出手段142(図10)とを有している。上記した検査装置1の検査対象となる光ピックアップは、図4に示した光ピックアップ11である。検査装置1においては、前述したように、検査用光ディスク2にレーザ光Lを照射して、PD117から装置側に出力した検査に必要な信号を信号検出部14に対して出力する。
光ピックアップ送り機構13は、制御部16からの移送制御信号に従って、光ピックアップ11の検査時に回転している検査用光ディスク2の上方をディスク半径方向に移送する。フォーカスサーボ回路12は、制御部16からのフォーカス制御信号に従って、検査時に光ピックアップ11のPD117から出力された信号をもとに対物レンズ115を駆動し、検査用光ディスク2のディスク面21に光スポットを集光させる、フォーカスサーボ動作を行う。
信号検出部14は、フォーカスサーボ回路12によって検査用光ディスク2が所定の回転数で回転し、所定の半径位置に移動されるとともに光ピックアップ送り機構13によって光ピックアップ11がフォーカスサーボ動作をしながら、光ピックアップ11のPD117で検出された信号を入力する。信号検出部14は、DPD信号検出手段141とMPP信号検出手段142とを有している。DPD信号検出手段141は、光ピックアップ11から入力した信号から、DPD信号(位相差信号)S1を検出してハーフミラー検査部15に出力する。また、MPP信号検出手段142は、光ピックアップ11から入力した信号から、MPP信号S2を検出してハーフミラー検査部15に出力する。
ハーフミラー検査部15は、図2に示すように、第1コンパレータ151、第2コンパレータ152、位相差検出手段153及び判別手段154を備えている。第1コンパレータ151は、DPD信号検出手段141から入力したDPD信号S1を二値化し、第1二値信号S3として位相差検出手段153に出力する。また、第2コンパレータ152は、MPP信号検出手段142から入力したMPP信号S2を二値化し、第2二値信号S4として位相差検出手段153に出力する。位相差検出手段153は、入力した第1二値信号S3に対する第2二値信号S4の位相差に対応した値を求め、位相差信号S5として判別手段154に出力する。
位相差信号S5を入力した判別手段154は、図3に示す判定テーブルを用いて後述する如く、検査している光ピックアップが「検査合格品(良品)」(図3の「良品」エリア(斜線部分)内)、又は「不良品」(図3の「良品」エリア外)であるかを判定した結果を、結果信号S6として、出力する。
判別手段154は、判別の結果、反射率が均一である場合、結果信号S6としてハーフミラー112の反射特性に問題がないことを表す許可信号を出力する。一方、判別手段154は、反射率が不均一である場合、結果信号S6としてハーフミラー112の反射特性に問題があることを表す不可信号を出力する。判定部17は、ハーフミラー検査部15から出力した結果信号S6を入力すると、光ピックアップ11の良否判定の検査の結果を出力する。
つまり、検査中の光ピックアップ11側から検査装置1側へ供給されるPD117からの各受光信号に基づいて生成した、DPD信号S1及びMPP信号S2の位相差が所定範囲内(図3の例においては、位相差−15度〜+10度)であって、かつハーフミラー112単体の入射角度対反射率特性に基づく角度依存特性が所定範囲内(図3の例においては、角度依存特性−3%〜+3%)にあるときには、図3に示す「良品」エリア内にあるから、光ピックアップ11を合格品(良品)と判定し、一方、DPD信号S1及びMPP信号S2の位相差が所定範囲外(位相差−10度〜+5度の範囲外)にあるか、または、前記した角度依存特性が所定範囲外(角度依存特性−3%〜+3%の範囲外)にあるときには、図3に示す「不良品」エリア内にあるから、光ピックアップ11を「不良品」と判定する判定手段であるハーフミラー検査部15を有している。
詳しくは、角度依存特性の範囲、−3%(下限値)〜+3%(上限値)に収まる位相差信号S5の範囲、−10%(下限値)〜+5%(上限値)に収まる角度依存範囲のエリアが、図示する「「良品」エリア」である。これ以外のエリアは「「不良品」エリア」である。
上記した角度依存特性及び位相差が上記「「良品」エリア」に収まる値であるときには、光ピックアップ11は、記録用光ディスクに対する記録又は再生を支障なく達成できるものであり、また上記した角度依存特性及び位相差が上記「「良品」エリア」に収まらない値であるときには、記録用光ディスクに対する記録又は再生を良好に行うことができなかった。ここで更に、図3を用いて、判別手段154(図2)の判別について、詳しく説明する。判別手段154では、入力する位相差信号S5に対する判断基準(判断テーブル。図3に示す「良品」「不良品」エリア)に関するデータを予め有している。図3に示す判断基準の一例は、横軸を角度依存特性(%)、縦軸を位相差(deg)としている。図3で横軸となる角度依存特性は、図6で示した入射角度−6°と入射角度6°とにおける反射率の差分であり、縦軸となる位相差は、図2で上述したDPD信号S1とMPP信号S2との位相差である。図3に示す例では、複数枚のハーフミラー112について測定した角度依存特性と位相差をプロットした結果から最小二乗法等によって求めたy=2.4968x−2.67を基準式とし、この基準式によってハーフミラー112の角度依存特性が±3%の位相差から上限値と下限値を求めている(−3%(下限値)〜+3%(上限値))。
本発明の最良の実施の形態に係る検査装置について説明する図である。 位相差検出部について説明する図である。 判別部における判別について説明する図である。 光ピックアップの構成について説明する図である。 ハーフミラーを介して形成される入射・反射ファーフィールドパターンを説明する図である。 ハーフミラーの反射特性のばらつきについて説明する図である。 ハーフミラーの検査装置について説明する図である。 ハーフミラーの不均一な反射特性によって生じる走査結果を説明する図である。 DPD信号の検出について説明する図である。 MPP信号の検出について説明する図である。
符号の説明
1…検査装置
11…光ピックアップ
111…半導体レーザ(光源)
112,c,d,e,f,g…ハーフミラー
112a…反射面
113…コリメータレンズ
114…板
115…対物レンズ
116…非点収差光学素子
117…PD(受光器)
12…フォーカスサーボ回路
13…光ピックアップ送り機構
14…信号検出部
141…DPD信号検出手段
142…MPP信号検出手段
15…位相差検出部
151…第1コンパレータ
152…第2コンパレータ
153…位相差検出手段
154…判別手段
16…制御部
17…判定部(判定手段)
2…検査用光ディスク
21…情報記録面(ディスク面)
A,B,C,D…検出領域
Ia,Ib,Ic,Id、Pa,Pb,Pc,Pd…受光信号
L…レーザ光
S1…DPD信号(第1検出信号)
S2…MPP信号(第2検出信号)
S5…位相差信号

Claims (4)

  1. 光源と、ハーフミラーと、複数分割した検出領域を有する受光器とを備えた光ピックアップの良品・不良品を検査する光ピックアップ検査装置であって、
    検査の際には、所定位置に装着した前記光ピックアップの前記光源から出射するレーザ光を前記ハーフミラーを介して検査用光ディスクのディスク面に集光照射し、前記ディスク面から反射する反射光を前記ハーフミラーで前記受光器側へ反射し、前記受光器の前記複数分割した検出領域上に集光し光電変換して各前記検出領域から出力する各受光信号を前記光ピックアップ側から装置側へ供給し、装置側へ供給する各前記受光信号に基づいて生成して得た第1及び第2検出信号の位相差が前記ハーフミラー単体の入射角度対反射率特性に基づく角度依存特性との相関関係から求められる所定範囲内にあるときには、前記光ピックアップを良品と判定し、一方前記第1及び第2検出信号の位相差が所定範囲外にあるときには、前記光ピックアップを不良品と判定する判定手段を有することを特徴とする光ピックアップ検査装置。
  2. 光源と、ハーフミラーと、複数分割した検出領域を有する受光器とを備えた光ピックアップの良品・不良品を検査する光ピックアップ検査方法であって、
    検査の際には、所定位置に装着した前記光ピックアップの前記光源から出射するレーザ光を前記ハーフミラーを介して検査用光ディスクのディスク面に集光照射し、前記ディスク面から反射する反射光を前記ハーフミラーで前記受光器側へ反射し、前記受光器の前記複数分割した検出領域上に集光し光電変換して各前記検出領域から出力する各受光信号を前記光ピックアップ側から装置側へ供給し、装置側へ供給する各前記受光信号に基づいて生成して得た第1及び第2検出信号の位相差が前記ハーフミラー単体の入射角度対反射率特性に基づく角度依存特性との相関関係から求められる所定範囲内にあるときには、前記光ピックアップを良品と判定し、一方前記第1及び第2検出信号の位相差が所定範囲外にあるときには、前記光ピックアップを不良品と判定する判定ステップを有することを特徴とする光ピックアップ検査方法。
  3. 前記判定手段に供給される前記第1検出信号は、前記受光器を構成する前記複数分割した各前記検出領域から出力する各前記受光信号に基づいて生成されるDPD(Differential Phase Detection)信号であり、
    前記第2検出信号は、各前記受光信号に基づいて生成されるMPP(Main Push-Pull)信号であることを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ検査装置。
  4. 前記判定手段は、
    前記第1及び第2検出信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
    前記位相差検出手段から出力する位相差信号を入力し、前記ハーフミラー単体の入射角度対反射率特性に基づく前記角度依存特性が所定範囲内にあるか否かを判別する判別手段とを有することを特徴とする請求項1又は3に記載の光ピックアップ検査装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011004062A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Fujitsu Ltd 位相補正装置、位相補正方法

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