JP4206996B2 - 光ピックアップ検査方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク方式の情報記憶媒体、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）に、データや画像、音声等の情報信号の記録、再生、消去等を行う光ピックアップの検査方法および装置に関するものである。

光ディスクと称される円盤状の情報媒体を用いて情報の記録および再生を行う光ディスク装置は、その大容量性と高速性の利点が認められて音声、画像およびデータ記録等に広く利用されている。光ディスク方式の高密度情報記憶媒体から情報を読み取り、またこの高密度情報記憶媒体に情報を記録するためには、光源から出射された光を目的の場所に正確に照射できる光学系が必要である。

従来例として、図１の光ディスク装置の概略構成図に基づいて説明する。

光源１０１より出射された光は偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、コリメートレンズ１０４によって平行光になる。この平行光は、反射ミラー１０５で上方に反射されホログラム１０６を透過し１／４波長板１０７で直線偏光から円偏光になり、対物レンズ１０８で集光された光ディスク１０９に光スポットとして照射される。光ディスク１０９の情報記録面１１０には、一定の間隔で溝１１１が形成されており、例えばこの溝１１１と隣接する溝１１１との間に位置する凸部１１２に情報１１３が記録される。対物レンズ１０８で集光され光ディスク１０９に照射された光スポットによって情報１１３の再生や記録、消去が可能となる。

この時、光源１０１と偏光ビームスプリッタ１０３と受光素子１０２とコリメートレンズ１０４および反射ミラー１０５は調整の簡素化のため最初に調整している。また、光ディスク１０９からの反射光は出射光の光路とは反対方向に進み、対物レンズ１０８を透過し１／４波長板１０７を再度通過することで光源１０１からの出射光の偏光方向とは垂直な方向の直線偏光となり、ホログラム１０６により回折光が得られる。

この回折光は反射ミラー１０５で反射され、コリメートレンズ１０４で集光光となり偏光ビームスプリッタ１０３により出射光の光路と別の光路に分離され、受光素子１０２に入射する。この受光素子１０２で例えば非点収差法によってフォーカス信号の検出が行われ、例えばプッシュプル法によってトラッキング信号の検出が行われる。

このホログラム１０６の拡大図を図２に示す。

トラッキング信号を発生させる光を分離するトラッキング用グレーティング部が符号２１で示した領域である。また、フォーカス信号を発生するフォーカシング用グレーティング部が符号２２で示した領域である。

通常、光ピックアップは、対物レンズを弾性的支持部材により支持してフォーカス方向およびトラッキング方向に電磁気駆動して光スポットを情報媒体上に制御する対物レンズ駆動装置（以下、アクチュエータと称する）を有する。

このアクチュエータ部の拡大図を図３に示す。ホログラム３０６および対物レンズ３０７はボビン３０５に固定され、４本の導電性のばね３０８により弾性的に支持されている。ボビン３０５にはコイル３０９と３１０が巻回され、ボビンの両側に配置されている磁性体からなるヨーク３０１に保持されたマグネット３０２とともに電磁気駆動回路を構成し、ばね３０８を介してフォーカシングコイル３０９およびトラッキングコイル３１０に駆動電流を与えることにより、フォーカシング方向およびトラッキング方向（紙面に垂直な方向）に対物レンズを駆動することができる。ばね３０８の他端は、ヨーク３０１に固定されたアクチュエータ回路基板３０３に半田付けされており、アクチュエータ回路基板３０３は回路配線３０４を介して、図示されていない光ピックアップ基台部に接続されている。

上記のレンズ支持方式は４本ワイヤ方式と呼ばれており，特許文献１および特許文献２に開示されているものと同様である。図示されていない反射ミラーによって上方へ反射された光は、対物レンズ３０７により集光されて光ディスク３１１上に光スポットを照射する。

また、光ディスク３１１からの反射光は再び対物レンズ３０７を透過し、光ピックアップの基台部内の光学系に戻り、光ディスク上の情報を読み取ることができる。図示されていない光ピックアップ基台部に対し、アクチュエータ部が機構的に切り離されており、図示されていない光ピックアップ基台部に対し、対物レンズのタンジェンシャルチルトおよびラジアルチルトの角度調整を行うことができる。

また、必要に応じて、図示されていない光ピックアップ基台部に対し対物レンズを、図中Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に相対位置調整することも可能である。

このような構成の光ピックアップにおいては、光軸調整時、アクチュエータ部を調整治具で保持し、調整に必要な両チルトおよびＸ−Ｙ−Ｚ方向の微調整機構は調整治具側に設けられ、微調整が可能である。上記の光軸調整装置においては、光軸調整の後、例えばヨーク３０１と図示されていない光ピックアップ基台部との間に接着剤を充填、固化させて図示されていない光ピックアップ基台部と対物レンズ３０７の相対位置を固定した後、調整治具での両者の保持を解除し、ピックアップの調整を終了する。

この方法は空中調整あるいは空中チルトなどと呼ばれ、薄型の光ピックアップに普及している調整機構であり、図示されていない光ピックアップ基台部の底部に、凹球面状のチルト調整機構をスペース的に搭載できない場合には有効な方法である。

従来の光ピックアップ検査においては、例えば特許文献３に開示されている通り、図４に示すように、光ディスク４２を回転させて、光ピックアップ４１から光ディスク４２に光を投射して情報の記録や消去を行い、また光ディスク４２により反射されるとともに回折された光を受光し、光ディスク４２に記録されている情報の読み取り信号の劣化を測定系４３によって評価することにより行われていた。
特公平０３−２１９７２号公報 特公平０４−４５８９４号公報 特開平１０−１２５０１１号公報 特開２００２−２１６３８８号公報

しかしながら従来の光ピックアップ検査では、使用する光ディスク４２の成形のバラツキにより評価すべき信号のバラツキが発生し、均一な測定結果の評価を得ることが困難であった。さらに、光ピックアップの特性において、発光性能と受光性能を切り分けて検査することが困難である。

本発明の目的は、実際の光ディスクを使用して情報を記録および再生して評価するという従来技術の上記のような欠点を解消して、実際の光ディスクを使用せずに、光ディスクの特性に影響されることなく、適正に光ピックアップの発光性能と受光性能を切り分けて評価をすることができる光ピックアップの検査方法および装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の光ピックアップ検査方法は、光ピックアップからの出射光が回折格子で透過回折された光を第１出力信号として計測する第１工程と、前記出射光が前記回折格子で反射された光を前記光ピックアップの受光装置で第２出力信号として受光する第２工程と、を前記出射光の波形を変調させながら行い、前記第１出力信号の振幅と前記出射光の波形の振幅との比率と、前記出射光の波形に対する前記第１出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの発光性能の時間応答特性を求め、前記第１出力信号の振幅と前記第２出力信号の振幅の比率と、前記第１出力信号に対する前記第２出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの受光性能の時間応答特性を求めることを特徴とする。

請求項２に記載の光ピックアップ検査方法は、請求項１に記載の光ピックアップ検査方法において、前記第１工程と前記第２工程とを、前記出射光の波形を矩形波に変調させながら行うことを特徴とする。

請求項３に記載の光ピックアップ検査方法は、請求項１または２に記載の光ピックアップ検査方法において、前記出射光が前記回折格子で透過回折された光を２分岐させ、一方の光を前記第１出力信号として計測し、他方の光をシェアリング干渉計測することを特徴とする。

請求項４に記載の光ピックアップ検査装置は、光ピックアップからの出射光を透過回折または反射させる回折格子と、前記回折格子で透過回折された前記出射光を第１出力信号として計測するフォトダイオードと、前記回折格子で反射された前記出射光を第２出力信号として計測する前記光ピックアップの受光装置と、前記出射光の波形を変調させる発光制御部と、前記発光制御部で前記出射光の波形を変調させながら、前記第１出力信号の振幅および前記出射光の波形の振幅の比率と前記出射光の波形に対する前記第１出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの発光性能の時間応答特性を求め、前記第１出力信号の振幅および前記第２出力信号の振幅の比率と前記第１出力信号に対する前記第２出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの受光性能の時間応答特性を求める処理装置と、を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の光ピックアップ検査装置は、請求項４に記載の光ピックアップ検査装置において、前記発光制御部は、前記出射光の波形を矩形波に変調させる制御部であることを特徴とする。

請求項６に記載の光ピックアップ検査装置は、請求項４または５に記載の光ピックアップ検査装置において、前記出射光が前記回折格子で透過回折された光を２分岐させるハーフミラーと、一方の光を前記第１出力信号として計測する前記フォトダイオードと、他方の光をシェアリング干渉計測する受像装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の光ピックアップ検査方法および装置により、実際の光ディスクを使用して情報を記録および再生して評価するという従来技術の欠点を解消して、実際の光ディスクを使用せずに、光ディスクの特性に影響されることなく、適正かつ光ピックアップの発光性能と受光性能を切り分けて光ピックアップの特性を検出し評価をすることができる。

図５に本発明に係る光ピックアップ検査装置の構成の一例を示す。

この光ピックアップ検査装置は、光ピックアップ５０１を発振発光させるとともに光ピックアップ５０１からの出力信号を計測する光ピックアップ制御部５２０と、光ピックアップ５０１からの出射光をシェアリング干渉計測するシェアリング干渉計測部５１９と、光ピックアップ５０１からの出射光の時間的強度変化を計測する高速応答フォトダイオード受光部５２１と、計測結果の周波数特性を測定する周波数特性測定部５１７と、測定結果を解析する処理装置５１８とからなる。

光ピックアップ５０１は、回折格子５０３により反射されるとともに回折された光を受光する受光装置５１３を備えており、受光装置５１３は複数の受像素子からなり、各受像素子の出力が光ピックアップ制御部５２０に接続されている。

シェアリング干渉計測部は、光ピックアップ５０１から出射された集束光を回折して０次回折光と±１次回折光を得る回折格子５０３と、これらの回折光を受光すると共に平行な光に変換する集光レンズ５０４と、集光レンズ５０４から出射される平行光を結像する第一の結像レンズ５０６と、第一の結像レンズ５０６で結像された光を受像する受像装置５０８とからなる。回折格子５０３は半透過薄膜で覆われており、入射した光の一部が半透過薄膜で反射され、一部が半透過薄膜を透過する。

回折格子５０３の格子溝の形状寸法及び、回折格子５０３と集光レンズ５０４との距離は、回折格子５０３から得られた０次回折光と＋１次回折光、０次回折光と−１次回折光がそれぞれ集光レンズ５０４の瞳面上でシェアリング干渉するように設計されている。したがって、受像装置５０８に受像される光像には、０次回折光と＋１次回折光との干渉領域Ａと、０次回折光と−１次回折光との干渉領域Ｂが含まれる。回折格子５０３と光ピックアップ５０１の対物レンズ５０２との間の光軸方向のずれ（デフォーカス）は、撮像面上で、回折格子５０３の格子溝を横断する方向の周期的な縞となって現れる。

デフォーカスは、回折格子５０３又は光ピックアップ５０１を光軸方向に移動することで消去され、完全なジャストフォーカス状態（光ピックアップ５０１の対物レンズ５０２の焦点が回折格子５０３の格子面に正確に合致した状態）が得られる。また、干渉領域ＡおよびＢの光強度は、対物レンズ５０２から出射した光が集束する光スポットの回折格子５０３の格子溝中央からのずれ（オフトラック）に応じて変化する。対物レンズ５０２から出射した光の結像位置が格子溝の中央に位置している場合、干渉領域ＡとＢの光強度は同一である。

しかし、結像位置が格子溝の縁に位置しているとき、一方の干渉領域Ａの光強度が最大、他方の干渉領域Ｂの光強度が最小となる。一方の干渉領域Ａの光強度と他方の干渉領域Ｂの光強度は、１８０度の位相差をもって、正弦波曲線を描く。したがって、一方の干渉領域Ａの光強度と他方の干渉領域Ｂの光強度との差（Ａ−Ｂ）も正弦波曲線を描き、光強度差（Ａ−Ｂ）がゼロとなる位置がジャストトラック状態（光ピックアップの光スポットが格子溝の中央に集束している状態）に対応する。

したがって、干渉領域ＡおよびＢの光強度を処理装置５１８で読み取り、その結果をもとに回折格子５０３をその格子溝横断方向に移動し調整することで、回折格子５０３に対して対物レンズ５０２をジャストトラック状態に設定することができる。このように、ジャストフォーカス調整とジャストトラック調整を行うために、本発明に係る光ピックアップ検査装置は、回折格子５０３を移動する回折格子移動装置を有する。回折格子移動装置は、回折格子５０３を集光レンズ５０４と共に光軸方向に移動する第一の移動機構５１０と、回折格子５０３だけを光軸方向に移動する第二の移動機構５１１、回折格子５０３をその回折格子５０３が保持されている平面上で格子溝横断方向に移動する第三の移動機構５１２とを有する。

ここで、回折格子５０３の移動は精密に行う必要があるので、ピエゾ素子を利用した微小送り機構を利用するのが好ましい。以上のようにシェアリング干渉計測部５１９は、特許文献４に開示されている通り、デフォーカスおよびオフトラックを計測するとともに、本発明に係る光ピックアップ検査装置を、ジャストフォーカスおよびジャストトラック状態に調整することができる。

光ピックアップ５０１の検査に先立ち、上記シェアリング干渉計測を用いて、対物レンズ５０２と回折格子５０３の位置関係を、ジャストフォーカスおよびジャストトラック状態に調整する。ジャストフォーカス状態に調整する場合、受像装置５０８で受像した光に含まれる干渉領域ＡおよびＢの光強度分布を処理装置５１８で検査し、これら干渉領域ＡおよびＢにデフォーカスの干渉縞があるか否か判断する。

デフォーカスの干渉縞が存在すると、第一の移動機構５１０又は第二の移動機構５１１を駆動し、回折格子５０３を対物レンズ５０２に向けて進退させ、対物レンズ５０２に対して回折格子５０３をジャストフォーカス状態に設定する。

ジャストトラック状態に調整する場合、上述のようにして対物レンズ５０２を回折格子５０３に対してジャストフォーカス状態に設定した後、第三の移動機構５１２を駆動して回折格子５０３を格子溝横断方向に移動させる。そして、受像装置５０８の干渉領域ＡおよびＢで受像する光強度の差（Ａ−Ｂ）を処理装置５１８で検出し、その光強度（Ａ−Ｂ）がゼロとなる位置で回折格子５０３を停止させる。これにより、ジャストトラック状態が得られる。

以上の説明では、ジャストフォーカス状態及びジャストトラック状態を得る際に回折格子５０３を移動させたが、これに代えて、光ピックアップ５０１に設けた対物レンズ移動機構を駆動して該対物レンズ５０２を移動してもよい。

以下、図６を併せて用い、光ピックアップ５０１を発振発光させて光ピックアップ５０１の発光信号および出力信号を検査する。本発明の光ピックアップ検査方法について説明する。

光ピックアップ制御部５２０は変調波形発生部５１６を備えており、変調波形発生部５１６から出力された変調波形６１に基づいて光ピックアップ５０１を発振発光させる。回折格子５０３により反射されるとともに回折された光は光ピックアップ５０１内の受光装置５１３により受光され、該受光信号の時間的強度変化は光ピックアップ出力信号６３として光ピックアップ制御部５２０に出力される。

同時に、回折格子５０３を透過した光は、一部がハーフミラー５０５により反射されて第二の結像レンズ５０７により高速応答フォトダイオード５０９の受光面に集束され、一部はハーフミラー５０５を透過しシェアリング干渉計測される。光ピックアップ５０１の発光信号の時間的強度変化は高速応答フォトダイオード５０９により計測され、フォトダイオード出力信号６２として周波数特性測定部５１７に入力される。

周波数特性測定部５１７では、変調波形６１の振幅Ａ１に対するフォトダイオード出力信号６２の振幅Ａ２の比率Ａ２／Ａ１、フォトダイオード出力信号６２の振幅Ａ２に対する光ピックアップ出力信号６３の振幅Ａ３の比率Ａ３／Ａ２、変調波形６１に対するフォトダイオード出力信号６２の位相遅延Ｄ１、フォトダイオード出力信号６２に対する光ピックアップ出力信号６３の位相遅延Ｄ２を測定する。

さらに、図７を併せて用い、光ピックアップ発光信号の振幅および位相遅延の周波数特性、光ピックアップ出力信号の振幅および位相遅延の周波数特性を検査する。

本発明の光ピックアップ検査方法について説明する。変調波形発生部５１６から周波数スイープ信号が出力され、それに基づいて光ピックアップ制御部５２０は、光ピックアップ５０１を発振周波数を変化させながら発振発光させる。

周波数特性測定部５１７では、変調波形６１の振幅Ａ１に対するフォトダイオード出力信号６２の振幅Ａ２の比率Ａ２／Ａ１、フォトダイオード出力信号６２の振幅Ａ２に対する光ピックアップ出力信号６３の振幅Ａ３の比率Ａ３／Ａ２、変調波形６１に対するフォトダイオード出力信号６２の位相遅延Ｄ１、フォトダイオード出力信号６２に対する光ピックアップ出力信号６３の位相遅延Ｄ２のそれぞれの、発振周波数を変化させたときの特性（周波数特性）を測定し、該測定結果は処理装置５１８に入力され解析される。変調波形６１の振幅Ａ１に対するフォトダイオード出力信号６２の振幅Ａ２の比率Ａ２／Ａ１および、変調波形６１に対するフォトダイオード出力信号６２の位相遅延Ｄ１のそれぞれの周波数特性から、光ピックアップ５０１の発光性能の時間応答特性を知ることができる。

また、フォトダイオード出力信号６２の振幅Ａ２に対する光ピックアップ出力信号６３の振幅Ａ３の比率Ａ３／Ａ２、フォトダイオード出力信号６２に対する光ピックアップ出力信号６３の位相遅延Ｄ２のそれぞれの発振周波数から、光ピックアップ５０１の受光性能の時間応答特性を知ることができる。

本発明の光ピックアップ検査方法および装置により、実際の光ディスクを使用して情報を記録および再生して評価するという従来技術の欠点を解消して、実際の光ディスクを使用せずに、光ディスクの特性に影響されることなく、適正に光ピックアップの特性を検出し評価をすることができる。また、光ディスクに記録されている情報の読み取り信号の劣化を測定系によって解析する作業が不要となり、検査時間が短縮され、作業効率が向上する。したがって、大容量性と高速性を有する光ディスク方式の情報記憶媒体、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）に、データや画像、音声等の情報信号の記録、再生、消去等を行う光ディスク装置に利用することができる。

従来例における光ディスク装置の光学構成図 従来例におけるホログラムの構成図 従来例におけるアクチュエータの構成図 従来の光ピックアップ検査に係る装置の構成図 本発明の実施の形態に係る装置の構成図 本発明の実施の形態に係る測定信号の時間的強度変化を示す図 本発明の実施の形態に係る周波数特性の測定結果を示す図

符号の説明

５０１ 光ピックアップ
５０２ 対物レンズ
５０３ 回折格子
５０４ 集光レンズ
５０５ ハーフミラー
５０６ 第一の結像レンズ
５０７ 第二の結像レンズ
５０８ 受像レンズ
５０９ 高速応答フォトダイオード
５１０ 第一の移動機構
５１１ 第二の移動機構
５１２ 第三の移動機構
５１３ 受光装置
５１４ 制御回路
５１５ 受光回路
５１６ 変調波形発生部
５１７ 周波数特性測定部
５１８ 処理装置
５１９ シェアリング干渉計測部
５２０ 光ピックアップ制御部
５２１ 高速応答フォトダイオード受光部

Claims (6)

1. 光ピックアップからの出射光が回折格子で透過回折された光を第１出力信号として計測する第１工程と、前記出射光が前記回折格子で反射された光を前記光ピックアップの受光装置で第２出力信号として受光する第２工程と、を前記出射光の波形を変調させながら行い、
   前記第１出力信号の振幅と前記出射光の波形の振幅との比率と、前記出射光の波形に対する前記第１出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの発光性能の時間応答特性を求め、
   前記第１出力信号の振幅と前記第２出力信号の振幅の比率と、前記第１出力信号に対する前記第２出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの受光性能の時間応答特性を求める
   ことを特徴とする光ピックアップ検査方法。
2. 前記第１工程と前記第２工程とを、前記出射光の波形を矩形波に変調させながら行う
   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方法。
3. 前記出射光が前記回折格子で透過回折された光を２分岐させ、一方の光を前記第１出力信号として計測し、他方の光をシェアリング干渉計測する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ検査方法。
4. 光ピックアップからの出射光を透過回折または反射させる回折格子と、
   前記回折格子で透過回折された前記出射光を第１出力信号として計測するフォトダイオードと、
   前記回折格子で反射された前記出射光を第２出力信号として計測する前記光ピックアップの受光装置と、
   前記出射光の波形を変調させる発光制御部と、
   前記発光制御部で前記出射光の波形を変調させながら、前記第１出力信号の振幅および前記出射光の波形の振幅の比率と前記出射光の波形に対する前記第１出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの発光性能の時間応答特性を求め、前記第１出力信号の振幅および前記第２出力信号の振幅の比率と前記第１出力信号に対する前記第２出力信号の位相遅延とに基づいて、前記光ピックアップの受光性能の時間応答特性を求める処理装置と、を備える
   ことを特徴とする光ピックアップ検査装置。
5. 前記発光制御部は、前記出射光の波形を矩形波に変調させる制御部である
   ことを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ検査装置。
6. 前記出射光が前記回折格子で透過回折された光を２分岐させるハーフミラーと、
   一方の光を前記第１出力信号として計測する前記フォトダイオードと、
   他方の光をシェアリング干渉計測する受像装置と、を備える
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の光ピックアップ検査装置。

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