JP2005293708A - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 少なくとも3種類の光ディスク間で互換性を有し、且つ、各光束の対物レンズへの斜入射に起因した収差の発生を抑えることができる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 本発明の光ピックアップ装置は、波長λ1〜λ3の第1〜第3光束を出射する第1〜第3発光点を1つの筐体内に近接配置することで一体化した光源ユニットを備え、光源ユニットを光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態における、対物光学系の光軸に直交する平面上であって、光軸から距離d1、d2だけ離れた位置を第1位置、第2位置と規定し、第1〜第3発光点をそれぞれ第1位置及び第2位置に仮想的に配置した場合に発生する波面収差の値が最も大きくなる発光点を選択し、当該発光点を光源ユニットの光軸上に配置する。
【選択図】図2
【解決手段】 本発明の光ピックアップ装置は、波長λ1〜λ3の第1〜第3光束を出射する第1〜第3発光点を1つの筐体内に近接配置することで一体化した光源ユニットを備え、光源ユニットを光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態における、対物光学系の光軸に直交する平面上であって、光軸から距離d1、d2だけ離れた位置を第1位置、第2位置と規定し、第1〜第3発光点をそれぞれ第1位置及び第2位置に仮想的に配置した場合に発生する波面収差の値が最も大きくなる発光点を選択し、当該発光点を光源ユニットの光軸上に配置する。
【選択図】図2
Description
本発明は、3種類以上の光ディスク間での互換性を有する光ピックアップ装置に関する。
近年、波長650nmの赤色半導体レーザと開口数(NA)0.6の対物光学系を使用するDVD(デジタルバーサタイルディスク)や、更なる高密度化・大容量化を図るべく、例えば、波長405nmの青紫色半導体レーザや青紫色SHGレーザとNA0.65以上の対物光学系を使用する光ディスク(以下、「高密度光ディスク」という。)の開発が進められており、発振波長が互いに異なる複数の発光点を用いて複数種類の光ディスクに対する読み取りや書き込みを行ういわゆる互換性を有する光ピックアップ装置が各種提案されている。
互換性を有する光ピックアップ装置では、複数の発光点と各光ディスクからの反射光を受光する複数の受光センサとをそれぞれ別体に配置したものや、複数の発光点を1つの筐体内に近接して格納することでユニット化したもの(以下、「光源ユニット」という。例えば、特許文献1参照)や、更に、複数の発光点のみならず複数の受光センサも1つの筐体に格納することでユニット化したものが知られている。
特許文献1に開示された光ピックアップ装置は、パッケージの内部に2つの半導体レーザ素子と信号検出用のフォトダイオードを格納することでユニット化し、波長分離素子で分離した光ディスクからの反射光を一つのフォトダイオードで読み取るものである。
特開2002−298423号公報
特許文献1に開示された光ピックアップ装置は、パッケージの内部に2つの半導体レーザ素子と信号検出用のフォトダイオードを格納することでユニット化し、波長分離素子で分離した光ディスクからの反射光を一つのフォトダイオードで読み取るものである。
しかしながら、特許文献1に開示された発明を含む従来の光源ユニットでは、2つの光源を光軸に対して直交する方向に配置する構成となっていることが多い。
従って、例えば、一方の光源を光軸上に配置した場合には、他方の光源が軸外物点となり、他方の光源から出射された光束は対物レンズに対して斜入射することになり、コマ収差の発生を招くという問題がある。このような光束の斜入射の問題は、2つの光源を光軸から等距離だけ離れた位置に配置した場合にも同様に発生する。
従って、例えば、一方の光源を光軸上に配置した場合には、他方の光源が軸外物点となり、他方の光源から出射された光束は対物レンズに対して斜入射することになり、コマ収差の発生を招くという問題がある。このような光束の斜入射の問題は、2つの光源を光軸から等距離だけ離れた位置に配置した場合にも同様に発生する。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、少なくとも3種類の光ディスク間で互換性を有し、且つ、各光束の対物レンズへの斜入射に起因した収差の発生を抑えることができる光ピックアップ装置を提供することである。
本明細書においては、情報の記録/再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色SHGレーザを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、NA0.85の対物光学系により情報の記録/再生を行い、保護層の厚さが0.1mm程度である規格の光ディスク(例えば、ブルーレイディスク)の他に、NA0.65乃至0.67の対物光学系により情報の記録/再生を行い、保護層の厚さが0.6mm程度である規格の光ディスク(例えば、HD DVD)も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十nm程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さが0の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録/再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色SHGレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
本明細書においては、DVDとは、DVD−ROM、DVD−Video、DVD−Audio、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+R、DVD+RW等のDVD系列の光ディスクの総称であり、CDとは、CD−ROM、CD−Audio、CD−Video、CD−R、CD−RW等のCD系列の光ディスクの総称である。
本明細書においては、DVDとは、DVD−ROM、DVD−Video、DVD−Audio、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+R、DVD+RW等のDVD系列の光ディスクの総称であり、CDとは、CD−ROM、CD−Audio、CD−Video、CD−R、CD−RW等のCD系列の光ディスクの総称である。
以上の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、波長λ1(350nm≦λ1≦450nm)の第1光束を出射する第1発光点と、波長λ2(600nm≦λ2≦700nm)の第2光束を出射する第2発光点と、波長λ3(750nm≦λ3≦850nm)の第3光束を出射する第3発光点とを1つの筐体内に近接配置することで一体化した光源ユニットと、前記第1光束を保護基板厚t1の第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第2光束を保護基板厚t2(t2≧t1)の第2光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第3光束を保護基板厚t3(t3>t2)の第3光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズを含む対物光学系とを備える光ピックアップ装置であって、前記光源ユニットを前記光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態における、前記対物光学系の光軸に直交する平面上であって、前記光軸から距離d1だけ離れた位置を第1位置、前記光軸から距離d2だけ離れた位置を第2位置と規定し、前記第1〜第3発光点をそれぞれ前記第1位置及び前記第2位置に仮想的に配置した場合に、前記第1〜第3光束が軸外光となることに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が最も大きくなる発光点が前記光源ユニットの前記光軸に最も近い位置に配置されることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、波面収差の値が最も大きくなる発光点を軸上に配置するので、実際の光ピックアップ装置使用時における各発光点からの光束の波面収差量を全体として抑制することができ、光ピックアップ装置の像高特性を良好なものにできる。
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の光ピックアップ装置において、前記第1〜第3発光点のうち波面収差の値が最も大きくなる発光点以外の発光点をそれぞれ前記第1位置及び前記第2位置に仮想的に配置した場合に、これら発光点からの前記光束が軸外光となることに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が大きい方の発光点を前記第1位置及び前記第2位置のうち、より前記光軸に近い方の位置に配置したことを特徴とする。
請求項2に記載の発明のように、波面収差の値が2番目に大きくなる発光点を第1位置と第2位置のうちより光軸に近い方に配置し、波面収差の値が最も小さくなる発光点を光軸から最も離れた位置に配置する光源ユニットの構成をとることにより、光ピックアップ装置の像高特性をより良好なものにできる。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置において、
0.05mm≦d1≦0.15mm
0.05mm≦d2≦0.15mm
を満たすことを特徴とする。
0.05mm≦d1≦0.15mm
0.05mm≦d2≦0.15mm
を満たすことを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置において、
d1>d2且つ0.15mm≦d1≦0.25mm
又は、
d2>d1且つ0.15mm≦d2≦0.25mm
を満たすことを特徴とする。
d1>d2且つ0.15mm≦d1≦0.25mm
又は、
d2>d1且つ0.15mm≦d2≦0.25mm
を満たすことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第1〜第3光束のうちの少なくともいずれか2つの光束は、前記対物レンズに対して平行光として入射することを特徴とする。
前記第1〜第3光束のうちの少なくともいずれか2つの光束は、前記対物レンズに対して平行光として入射することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第1〜第3発光点が前記光軸に直交する平面上で一直線上に配置されていることを特徴とする。
前記第1〜第3発光点が前記光軸に直交する平面上で一直線上に配置されていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項6に記載の光ピックアップ装置において、
波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端に配置されている前記発光点の間に配置されていることを特徴とする。
波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端に配置されている前記発光点の間に配置されていることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項6に記載の光ピックアップ装置において、
波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端のうちいずれか一方に配置されていることを特徴とする。
波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端のうちいずれか一方に配置されていることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記光軸に直交する平面上において、前記第1発光点、前記第2発光点及び前記第3発光点を相互に結んだ線分が三角形状になっていることを特徴とする。
前記光軸に直交する平面上において、前記第1発光点、前記第2発光点及び前記第3発光点を相互に結んだ線分が三角形状になっていることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項9に記載の光ピックアップ装置において、
前記三角形状が直角三角形状であることを特徴とする。
前記三角形状が直角三角形状であることを特徴とする。
請求項11記載の発明は、請求項10に記載の光ピックアップ装置において、
前記直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が配置されていることを特徴とする。
前記直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が配置されていることを特徴とする。
請求項12記載の発明は、波長λ1(350nm≦λ1≦450nm)の第1光束を出射する第1発光点と、波長λ2(600nm≦λ2≦700nm)の第2光束を出射する第2発光点と、波長λ3(750nm≦λ3≦850nm)の第3光束を出射する第3発光点とを1つの筐体内に近接配置することで一体化した光源ユニットと、前記第1光束を保護基板厚t1の第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第2光束を保護基板厚t2(t2≧t1)の第2光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第3光束を保護基板厚t3(t3>t2)の第3光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズを含む対物光学系とを備える光ピックアップ装置であって、前記光源ユニットを前記光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態において、前記第1〜第3発光点をそれぞれ前記対物光学系の光軸上に仮想的に配置した場合に、前記各光ディスクをチルトさせたことに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が最も大きくなる発光点が前記光源ユニットの前記光軸に最も近い位置に配置されることを特徴とする。
ここで、「前記光源ユニットを前記光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態において、前記第1〜第3発光点をそれぞれ前記対物光学系の光軸上に仮想的に配置した場合」とは、光ピックアップ装置中で、光源ユニットが実際に配置される位置において、対物光学系の光軸上に対して離れた発光点を、その離れた最短距離分だけその最短距離方向に移動させて対物光学系の光軸上に配置する想定をすることを主旨としたものである。尚、実際に波面収差を測定する際には、当該発光点をこの主旨に従って位置させるように光源ユニットを適宜配置させて測定することもできることは勿論である。」
ここで、「前記光源ユニットを前記光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態において、前記第1〜第3発光点をそれぞれ前記対物光学系の光軸上に仮想的に配置した場合」とは、光ピックアップ装置中で、光源ユニットが実際に配置される位置において、対物光学系の光軸上に対して離れた発光点を、その離れた最短距離分だけその最短距離方向に移動させて対物光学系の光軸上に配置する想定をすることを主旨としたものである。尚、実際に波面収差を測定する際には、当該発光点をこの主旨に従って位置させるように光源ユニットを適宜配置させて測定することもできることは勿論である。」
請求項12に記載の発明によれば、波面収差の値が最も大きくなる発光点を軸上に配置するので、実際の光ピックアップ装置使用時における各発光点からの光束の波面収差量を全体として抑制することができ、光ピックアップ装置のチルト感度マージンを良好なものにできる。
請求項13記載の発明は、請求項12に記載の光ピックアップ装置において、前記第1〜第3発光点のうち波面収差の値が最も大きくなる発光点以外の発光点をそれぞれ前記光軸上に仮想的に配置した場合に、前記各光ディスクをチルトさせたことに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が大きい方の発光点を、波面収差の値が最も大きくなる前記発光点を配置した位置の次に前記光軸に近い位置に配置したことを特徴とする。
請求項13に記載の発明のように、波面収差の値が2番目に大きくなる発光点を、波面収差の値が最も大きくなる発光点を配置した位置の次に光軸に近い位置に配置し、波面収差の値が最も小さくなる発光点を光軸から最も離れた位置に配置する光源ユニットの構成をとることにより、光ピックアップ装置のチルト感度マージンをより良好なものにできる。
請求項14記載の発明は、請求項12又は13に記載の光ピックアップ装置において、
0.05mm≦d1≦0.15mm
0.05mm≦d2≦0.15mm
を満たすことを特徴とする。
0.05mm≦d1≦0.15mm
0.05mm≦d2≦0.15mm
を満たすことを特徴とする。
請求項15記載の発明は、請求項12又は13に記載の光ピックアップ装置において、
d1>d2且つ0.15mm≦d1≦0.25mm
又は、
d2>d1且つ0.15mm≦d2≦0.25mm
を満たすことを特徴とする。
d1>d2且つ0.15mm≦d1≦0.25mm
又は、
d2>d1且つ0.15mm≦d2≦0.25mm
を満たすことを特徴とする。
請求項16記載の発明は、請求項12〜15のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第1〜第3光束のうちの少なくともいずれか2つの光束は、前記対物レンズに対して平行光として入射することを特徴とする。
請求項17記載の発明は、請求項12〜16のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第1〜第3発光点が前記光軸に直交する平面上で一直線上に配置されていることを特徴とする。
請求項18記載の発明は、請求項17に記載の光ピックアップ装置において、波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端に配置されている前記発光点の間に配置されていることを特徴とする。
請求項19記載の発明は、請求項17に記載の光ピックアップ装置において、波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端のうちいずれか一方に配置されていることを特徴とする。
請求項20記載の発明は、請求項12〜16のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記光軸に直交する平面上において、前記第1発光点、前記第2発光点及び前記第3発光点を相互に結んだ線分が三角形状になっていることを特徴とする。
請求項21記載の発明は、請求項20に記載の光ピックアップ装置において、前記三角形状が直角三角形状であることを特徴とする。
請求項22記載の発明は、請求項21に記載の光ピックアップ装置において、前記直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも3種類の光ディスク間で互換性を有し、且つ、各光束の対物レンズへの斜入射に起因した収差の発生を抑えることができる光ピックアップ装置を得られる。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図1は、高密度光ディスクHD(第1光ディスク)とDVD(第2光ディスク)とCD(第3光ディスク)との何れに対しても適切に情報の記録/再生を行える光ピックアップ装置PUの構成を概略的に示す図である。
本実施の形態において、高密度光ディスクHDの光学的仕様は、波長λ1=407nm、保護層PL1の厚さt1=0.6mm、開口数NA1=0.65であり、DVDの光学的仕様は、波長λ2=658nm、保護層PL2の厚さt2=0.6mm、開口数NA2=0.65であり、CDの光学的仕様は、波長λ3=785nm、保護層PL3の厚さt3=1.2mm、開口数NA3=0.50である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
図1は、高密度光ディスクHD(第1光ディスク)とDVD(第2光ディスク)とCD(第3光ディスク)との何れに対しても適切に情報の記録/再生を行える光ピックアップ装置PUの構成を概略的に示す図である。
本実施の形態において、高密度光ディスクHDの光学的仕様は、波長λ1=407nm、保護層PL1の厚さt1=0.6mm、開口数NA1=0.65であり、DVDの光学的仕様は、波長λ2=658nm、保護層PL2の厚さt2=0.6mm、開口数NA2=0.65であり、CDの光学的仕様は、波長λ3=785nm、保護層PL3の厚さt3=1.2mm、開口数NA3=0.50である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置PUは、光源ユニットLD、受光素子ユニットPD(受光素子)、コリメートレンズCOL、収差補正素子L1とこの収差補正素子L1を透過したレーザ光束を情報記録面RL1、RL2、RL3上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子L2とから構成された対物レンズOBJ、2軸アクチュエータAC、絞りSTO、偏光ビームスプリッタBS等から概略構成されており、コリメートレンズCOL及び対物レンズOBJとで対物光学系が構成されている。
対物レンズOBJを構成する収差補正素子L1は、d線での屈折率ndが1.5091であり、アッベ数νdが56.5のプラスチックレンズであり、λ1に対する屈折率は1.5242、λ2に対する屈折率は1.5064、λ3に対する屈折率は1.5050である。また、集光素子L2は、d線での屈折率ndが1.5435であり、アッベ数νdが56.3のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部(第1発光点EP1からのレーザ光束が通過する、収差補正素子L1と集光素子L2の領域)の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部FL1、FL2を有し、かかるフランジ部FL1、FL2の一部同士を接合することで一体化されている。
また、図1の円中の拡大図に示すように、収差補正素子L1の半導体レーザ光源側の光学面S1には、内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である回折構造HOEが形成されており、また、集光素子L2の半導体レーザ側の光学面S3には、鋸歯状の回折構造DOEが形成されている。
受光素子ユニットPDには、高密度光ディスクHDの情報記録面RL1からの反射光束を受光する受光部と、DVDの情報記録面RL2からの反射光束を受光する受光部と、CDの情報記録面RL3からの反射光束を受光する受光部とが一体化されている。
対物レンズOBJを構成する収差補正素子L1は、d線での屈折率ndが1.5091であり、アッベ数νdが56.5のプラスチックレンズであり、λ1に対する屈折率は1.5242、λ2に対する屈折率は1.5064、λ3に対する屈折率は1.5050である。また、集光素子L2は、d線での屈折率ndが1.5435であり、アッベ数νdが56.3のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部(第1発光点EP1からのレーザ光束が通過する、収差補正素子L1と集光素子L2の領域)の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部FL1、FL2を有し、かかるフランジ部FL1、FL2の一部同士を接合することで一体化されている。
また、図1の円中の拡大図に示すように、収差補正素子L1の半導体レーザ光源側の光学面S1には、内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である回折構造HOEが形成されており、また、集光素子L2の半導体レーザ側の光学面S3には、鋸歯状の回折構造DOEが形成されている。
受光素子ユニットPDには、高密度光ディスクHDの情報記録面RL1からの反射光束を受光する受光部と、DVDの情報記録面RL2からの反射光束を受光する受光部と、CDの情報記録面RL3からの反射光束を受光する受光部とが一体化されている。
光源ユニットLDは、矩形状の筐体10、高密度光ディスクHDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長408nmのレーザ光束(第1光束)を射出する第1発光点EP1、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長658nmのレーザ光束(第2光束)を射出する第2発光点EP2、CDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され波長785nmのレーザ光束(第3光束)を射出する第3発光点EP3等から概略構成されており、筐体10内に第1〜第3発光点EP1〜EP3を近接配置することで一体化されている。
光源ユニットLDの設計手法について説明すると、図2に示すように、まず、光源ユニットLDを光学系中の所定位置に配置すると共に、光源ユニットLDの前面Fを対物光学系の光軸Lに直交する平面に一致させた状態を想定する。
光源ユニットLDの設計手法について説明すると、図2に示すように、まず、光源ユニットLDを光学系中の所定位置に配置すると共に、光源ユニットLDの前面Fを対物光学系の光軸Lに直交する平面に一致させた状態を想定する。
そして、光源ユニットLDの表面上であって、光軸から距離d1だけ離れた位置を第1位置P1、光軸から距離d2だけ離れた位置を第2位置P2と規定し、第1〜第3発光点EP1〜EP3をそれぞれ第1位置P1及び第2位置P2に仮想的に配置した場合における、第1〜第3光束の波面収差の値、つまり、第1位置P1又は第2位置P2からの第1〜第3光束が対物レンズOBJに対して軸外光として入射することに起因して、対物レンズOBJを通過した後の第1〜第3光束により情報記録面RL1〜RL3上に生じる波面収差の値を測定する。
そして、測定した波面収差が最も大きくなる発光点(例えば第1位置P1に配置した場合の第3発光点EP3)を選択し、当該発光点を光源ユニットLDの光軸L上に配置することを決定する。
そして、測定した波面収差が最も大きくなる発光点(例えば第1位置P1に配置した場合の第3発光点EP3)を選択し、当該発光点を光源ユニットLDの光軸L上に配置することを決定する。
次に、第1〜第3発光点EP1〜EP3のうち波面収差の値が最も大きくなる発光点以外の発光点(例えば第1発光点EP1と第2発光点EP2)をそれぞれ第1位置P1及び第2位置P2に仮想的に配置した場合に、これら発光点からの光束が軸外光となることに起因して各情報記録面上に発生する波面収差の値を測定する。
そして、測定した波面収差の値が大きい方の発光点(例えば第2発光点EP2)を選択し、当該発光点を第1位置P1及び第2位置P2のうち、より光軸Lに近い方の位置(例えば第1位置P1)に配置することを決定する。
そして、残りの発光点(例えば第1発光点EP1)を第1位置P1及び第2位置P2のうち、光軸Lから遠い方の位置(例えば第2位置P2)に配置することを決定する。
そして、測定した波面収差の値が大きい方の発光点(例えば第2発光点EP2)を選択し、当該発光点を第1位置P1及び第2位置P2のうち、より光軸Lに近い方の位置(例えば第1位置P1)に配置することを決定する。
そして、残りの発光点(例えば第1発光点EP1)を第1位置P1及び第2位置P2のうち、光軸Lから遠い方の位置(例えば第2位置P2)に配置することを決定する。
このように、波面収差の値が最も大きくなる発光点(例えば第3発光点EP3)を光軸L上に配置し、波面収差の値が2番目に大きくなる発光点(例えば第2発光点EP2)を第1位置P1と第2位置P2のうちより光軸Lに近い方に配置し、波面収差の値が最も小さくなる発光点(例えば第1発光点EP1)を光軸Lから最も離れた位置に配置する光源ユニットLDの構成をとることにより、実際の光ピックアップ装置PU使用時における各発光点EP1〜EP3からの光束の波面収差量を全体として抑制することができ、光ピックアップ装置PUの像高特性を良好なものにできる。
本実施の形態では、第1〜第3発光点EP1〜EP3を光源ユニットLDの前面において一直線上に配置すると共に、測定した波面収差が最も大きくなる発光点を光軸L上で、且つ、3つの発光点の真中に配置している。この場合、上記d1及びd2は、共に0.05mm〜0.15mmの範囲内とすることが好ましい。
本実施の形態では、第1〜第3発光点EP1〜EP3を光源ユニットLDの前面において一直線上に配置すると共に、測定した波面収差が最も大きくなる発光点を光軸L上で、且つ、3つの発光点の真中に配置している。この場合、上記d1及びd2は、共に0.05mm〜0.15mmの範囲内とすることが好ましい。
なお、図2では、光軸Lを、第1位置P1と第2位置P2とを結ぶ直線上であって、第1位置P1と第2位置P2との間に位置させた光源ユニットLDを表したが、図3に示すように、光軸Lを、第1位置P1と第2位置P2とを結ぶ直線の延長線上に位置させた光源ユニットLDであっても、上述した手法に従って設計できる。この場合、上記d1とd2のうち大きい方を0.15mm〜0.25mmの範囲内とすることが好ましい。
また、図示は省略するが、第1発光点EP1、第2発光点EP2及び第3発光点EP3を相互に結んだ線分が三角形状となるように位置させた光源ユニットLDの構成でもよく、この場合、三角形状を直角三角形状とし、直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる発光点を配置することが好ましい。
また、図示は省略するが、第1発光点EP1、第2発光点EP2及び第3発光点EP3を相互に結んだ線分が三角形状となるように位置させた光源ユニットLDの構成でもよく、この場合、三角形状を直角三角形状とし、直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる発光点を配置することが好ましい。
以上のような構成を備える光ピックアップ装置PUを用いて、高密度光ディスクHDに対して情報の記録/再生を行う場合には、まず、第1発光点EP1を発光させる。上述のように、第1発光点EP1は光軸Lから最も離れた位置(例えば第2位置P2)に配置されているので、物体高を持った状態で光源ユニットLDから発散光として出射される。第1発光点EP1から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタBSで反射した後、コリメートレンズCOLを透過することにより平行光束に変換され、絞りSTOにより光束径が規制され、対物レンズOBJによって高密度光ディスクHDの保護層PL1を介して情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。
第1発光点EP1が物体高を持っていることに起因して、情報記録面RL1上には波面収差が発生するが、上述のように、第1発光点EP1及び第2発光点EP2を第2位置P2に配置した場合に発生する波面収差よりも第3発光点EP3から発生する波面収差は小さく、実用上支障が無い程度に抑えられている。
第1発光点EP1が物体高を持っていることに起因して、情報記録面RL1上には波面収差が発生するが、上述のように、第1発光点EP1及び第2発光点EP2を第2位置P2に配置した場合に発生する波面収差よりも第3発光点EP3から発生する波面収差は小さく、実用上支障が無い程度に抑えられている。
そして、対物レンズOBJは、その周辺に配置された2軸アクチュエータACによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面RL1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ、コリメートレンズCOLを通過して、更に偏光ビームスプリッタBSを通過して、受光素子ユニットPDの受光部の受光面上に収束する。そして、受光部の出力信号を用いて高密度光ディスクHDに記録された情報を読み取ることができる。
以上のような構成を備える光ピックアップ装置PUを用いて、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合には、まず、第2発光点EP2を発光させる。上述のように、第2発光点EP2は光軸から離れた位置(例えば第1位置P1)に配置されているので、物体高を持った状態で光源ユニットLDから発散光として出射される。第2発光点EP2から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタBSで反射した後、コリメートレンズCOLを透過することにより平行光束に変換され、絞りSTOにより光束径が規制され、対物レンズOBJによってDVDの保護層PL2を介して情報記録面RL2上に形成されるスポットとなる。
第2発光点EP2が物体高を持っていることに起因して、情報記録面RL2上には波面収差が発生するが、上述のように、第1発光点EP1を第1位置P1に配置した場合に発生する波面収差よりも第2発光点EP2から発生する波面収差は小さく、実用上支障が無い程度に抑えられている。
第2発光点EP2が物体高を持っていることに起因して、情報記録面RL2上には波面収差が発生するが、上述のように、第1発光点EP1を第1位置P1に配置した場合に発生する波面収差よりも第2発光点EP2から発生する波面収差は小さく、実用上支障が無い程度に抑えられている。
そして、対物レンズOBJは、その周辺に配置された2軸アクチュエータACによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ、コリメートレンズCOLを通過して、更に偏光ビームスプリッタBSを通過して、受光素子ユニットPDの受光部の受光面上に収束する。そして、受光部の出力信号を用いてDVDに記録された情報を読み取ることができる。
以上のような構成を備える光ピックアップ装置PUを用いて、CDに対して情報の記録/再生を行う場合には、まず、第3発光点EP3を発光させる。上述のように、第3発光点EP3は光軸L上に配置されているので、物体高を持たない状態で光源ユニットLDから発散光として出射される。第3発光点EP3から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタBSで反射した後、コリメートレンズCOLを透過することにより平行光束に変換され、絞りSTOにより光束径が規制され、対物レンズOBJによってCDの保護層PL3を介して情報記録面RL3上に形成されるスポットとなる。
第3発光点EP3が物体高を持たないことに起因して、情報記録面上には波面収差はほとんど発生しない。
第3発光点EP3が物体高を持たないことに起因して、情報記録面上には波面収差はほとんど発生しない。
そして、対物レンズOBJは、その周辺に配置された2軸アクチュエータACによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面RL3で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ、コリメートレンズCOLを通過して、更に偏光ビームスプリッタBSを通過して、受光素子ユニットPDの受光部の受光面上に収束する。そして、受光部の出力信号を用いてCDに記録された情報を読み取ることができる。
以上のように、本実施の形態の光ピックアップ装置PUによれば、光源ユニットLDの設計段階において、第1〜第3光束を対物レンズOBJに対して軸外光として入射させた場合に発生する波面収差量を測定し、波面収差の値が最も大きくなる発光点を光軸L上に配置する。これにより、当該発光点が軸外物点とならず、対物レンズOBJに対して光束が斜入射することによる波面収差(コマ収差)を抑制でき、実際の光ピックアップ装置PU使用時における各発光点EP1〜EP3からの光束の波面収差量を全体として抑制することができ、光ピックアップ装置PUの像高特性を良好なものにできる。
なお、光源ユニットLDの筐体10内に受光部を設け、各反射光に対して、例えば筐体10内に設けた回折格子による回折作用を与え、当該受光部で受光する構成としてもよい。
また、アクチュエータを用いてコリメートレンズCOLを光軸方向や光軸に対して垂直方向へのシフト駆動、及び/又は、光軸に対してチルト駆動させることで種々の収差を補正する構成としてもよい。収差としては、例えば、各光ディスクの保護層の厚さの違いに起因する球面収差、光学系中のプラスチックレンズの環境温度変化に伴う屈折率変化及び/又は屈折率分布に起因する球面収差、各光束の波長差に起因して発生する球面収差、光束の波長が±10nm程度の範囲内で変化した際に発生する球面収差、光ディスクがいわゆる多層ディスクである場合におけるフォーカスジャンプ時に発生する球面収差が挙げられる。
また、アクチュエータを用いてコリメートレンズCOLを光軸方向や光軸に対して垂直方向へのシフト駆動、及び/又は、光軸に対してチルト駆動させることで種々の収差を補正する構成としてもよい。収差としては、例えば、各光ディスクの保護層の厚さの違いに起因する球面収差、光学系中のプラスチックレンズの環境温度変化に伴う屈折率変化及び/又は屈折率分布に起因する球面収差、各光束の波長差に起因して発生する球面収差、光束の波長が±10nm程度の範囲内で変化した際に発生する球面収差、光ディスクがいわゆる多層ディスクである場合におけるフォーカスジャンプ時に発生する球面収差が挙げられる。
また、上記実施の形態においては、第1〜第3光束が軸外光となることに起因して各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差に着目し、この波面収差の値が最も大きくなる発光点を光源ユニットの光軸に最も近い位置に配置する光源ユニットLDの設計手法について説明したが、これ以外にも、各光ディスクをチルトさせることに起因して各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差に着目し、この波面収差の値が最も大きくなる発光点を光源ユニットの光軸に最も近い位置に配置する光源ユニットLDの設計手法を採ってもよい。
具体的には、光源ユニットLDを光学系中の所定位置に配置した状態において、第1〜第3発光点をそれぞれ光軸上に仮想的に配置するとともに、各光ディスクを所定量チルトさせることにより、このチルトに起因して各光ディスクの情報記録面上に発生する第1〜第3光束の波面収差の値を測定する。
そして、測定した波面収差が最も大きくなる発光点(例えば第3発光点EP3)を選択し、当該発光点を光源ユニットLDの光軸L上に配置することを決定する。
具体的には、光源ユニットLDを光学系中の所定位置に配置した状態において、第1〜第3発光点をそれぞれ光軸上に仮想的に配置するとともに、各光ディスクを所定量チルトさせることにより、このチルトに起因して各光ディスクの情報記録面上に発生する第1〜第3光束の波面収差の値を測定する。
そして、測定した波面収差が最も大きくなる発光点(例えば第3発光点EP3)を選択し、当該発光点を光源ユニットLDの光軸L上に配置することを決定する。
次に、測定した波面収差が2番目に大きくなる発光点(例えば第2発光点EP2)を、光源ユニットLDの表面であって、光軸に近い位置に配置し、測定した波面収差が3番目に大きくなる発光点(例えば第1発光点EP1)を、光源ユニットLDの表面であって、光軸に最も遠い位置に配置することを決定する。
光ディスクをチルトさせることは、光ディスクの製造誤差に基づいて光ディスクの表面が反っている場合や、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置の組み付け誤差により、光ディスクの表面が光軸と直交するように保持されていないような状態を想定しているものであり、このような状態で発生する波面収差を測定し、波面収差の値が最も大きくなる発光点(例えば第3発光点EP3)を光軸L上に配置し、その後、波面収差の値が大きい発光点から順に、光軸に近い位置に配置する光源ユニットLDの構成をとることにより、実際の光ピックアップ装置PU使用時における各発光点EP1〜EP3からの光束の波面収差量を全体として抑制することができ、光ピックアップ装置PUのチルト感度マージンを良好なものにできる。
次に、上述した光ピックアップ装置PUの実施例について説明する。
本実施例の光ピックアップ装置は図1に示した上記実施の形態と同様に、高密度光ディスクHDの光学的仕様は、波長λ1=407nm、保護層PL1の厚さt1=0.6mm、開口数NA1=0.65であり、DVDの光学的仕様は、波長λ2=658nm、保護層PL2の厚さt2=0.6mm、開口数NA2=0.65であり、CDの光学的仕様は、波長λ3=785nm、保護層PL3の厚さt3=1.2mm、開口数NA3=0.50である。
また、対物光学系が収差補正素子と集光素子の2つのレンズで構成されており、収差補正素子の半導体レーザ光源側の光学面(第4面)には、内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された回折構造HOEが形成されており、また、集光素子L2の半導体レーザ側の光学面(第6面)には、鋸歯状の回折構造DOEが形成されている。
本実施例の光ピックアップ装置は図1に示した上記実施の形態と同様に、高密度光ディスクHDの光学的仕様は、波長λ1=407nm、保護層PL1の厚さt1=0.6mm、開口数NA1=0.65であり、DVDの光学的仕様は、波長λ2=658nm、保護層PL2の厚さt2=0.6mm、開口数NA2=0.65であり、CDの光学的仕様は、波長λ3=785nm、保護層PL3の厚さt3=1.2mm、開口数NA3=0.50である。
また、対物光学系が収差補正素子と集光素子の2つのレンズで構成されており、収差補正素子の半導体レーザ光源側の光学面(第4面)には、内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された回折構造HOEが形成されており、また、集光素子L2の半導体レーザ側の光学面(第6面)には、鋸歯状の回折構造DOEが形成されている。
光ピックアップ装置を構成する光学素子の具体的な数値データを表1に示す。
尚、表1において、10のべき乗数(例えば−1.7342×10―5)を、E(例えば−1.7342E―03)を用いて表すものとする。
コリメートレンズの光ディスク側の光学面(第2面)、第6面及び集光素子L2の光ディスク側の光学面(第7面)は非球面形状であり、その面の頂点に接する平面からの変形量をX(h)(mm)、光軸に垂直な方向の高さをh(mm)、曲率半径をR(mm)とするとき、次の数1に表1中の係数を代入した数式で表される。但し、κを円錐係数、A2iを非球面係数とする。
コリメートレンズの光ディスク側の光学面(第2面)、第6面及び集光素子L2の光ディスク側の光学面(第7面)は非球面形状であり、その面の頂点に接する平面からの変形量をX(h)(mm)、光軸に垂直な方向の高さをh(mm)、曲率半径をR(mm)とするとき、次の数1に表1中の係数を代入した数式で表される。但し、κを円錐係数、A2iを非球面係数とする。
また、回折構造HOE及び回折構造DOEは、これらの構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをh(mm)、B2iを光路差関数係数、nを回折次数とするとき、次の数2に表1中の係数を代入して定義される光路差関数φ(h)(mm)で表される。
第4面に形成されている回折構造HOEは、光軸を中心とした複数の輪帯それぞれの内部に5段の階段構造が形成されており、階段構造の1段当り波長λ1の2倍の深さとなるように設定されている。これにより、波長λ1とλ3の光束は回折構造HOEを通過する際に、実質的に位相差を与えられず、回折作用を受けることなく透過し、実質的に位相差を与えられる波長λ2の光束のみが回折作用を受けることになる。
第6面に形成されている回折構造DOEは、波長λ1の光束の3次回折光、波長λ2の光束の2次回折光、波長λ3の光束の2次回折光がそれぞれ最大の回折効率となるように、各光束に対して回折作用を与えるように設計されている。
本実施例の光源ユニットは、図2に示したような、第1位置と第2位置に挟まれた位置に光軸が位置し、各位置から光軸までの距離(d1及びd2)が共に0.1mmとなっている。
本実施例の光源ユニットは、図2に示したような、第1位置と第2位置に挟まれた位置に光軸が位置し、各位置から光軸までの距離(d1及びd2)が共に0.1mmとなっている。
表2は、第1〜第3発光点を、それぞれ光軸上(0.0mm)と、光軸から0.1mm離れた位置に配置した場合の波面収差の値(球面収差を除いた値)を表している。
表2から分かるように、第1〜第3発光点を光軸から0.1mm離れた位置(第1位置又は第2位置)に配置した場合に発生する波面収差の値のうち最大となるのは第3発光点であるから、第3発光点を光軸上に配置している。
なお、上述のように、第1位置と第2位置は共に光軸までの距離(d1及びd2)が0.1mmなので、本実施例においては、第2発光点と第3発光点をそれぞれ第1位置と第2位置に配置している。
図4は、本実施例における各光ディスクの縦球面収差を示すグラフであり、必要開口径内で実用上支障が無い程度に収差補正がなされていることが分かる。
図4は、本実施例における各光ディスクの縦球面収差を示すグラフであり、必要開口径内で実用上支障が無い程度に収差補正がなされていることが分かる。
また、表3は、各光ディスクを所定量チルトさせることで、光ディスクのチルトに起因して各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値(球面収差を除いた値)を表している。
本実施例では、第1〜第3光束が軸外光となることに起因して発生する波面収差に着目して、この波面収差の値が最も大きくなる発光点を光源ユニットの光軸上に配置したが、表3に示したような、各光ディスクをチルトさせることに起因して発生する波面収差に着目して、この波面収差の値が最も大きくなる発光点を光源ユニットの光軸上に配置した場合でも、当然、図4に示したような、必要開口径内で実用上支障が無い程度に収差補正がなされた光ピックアップ装置を得られる。
EP1 第1発光点
EP2 第2発光点
EP3 第3発光点
L 光軸
LD 光源ユニット
L1 収差補正素子
L2 集光素子
OBJ 対物レンズ
PD 受光素子ユニット
PU 光ピックアップ装置
RL 情報記録面
EP2 第2発光点
EP3 第3発光点
L 光軸
LD 光源ユニット
L1 収差補正素子
L2 集光素子
OBJ 対物レンズ
PD 受光素子ユニット
PU 光ピックアップ装置
RL 情報記録面
Claims (22)
- 波長λ1(350nm≦λ1≦450nm)の第1光束を出射する第1発光点と、波長λ2(600nm≦λ2≦700nm)の第2光束を出射する第2発光点と、波長λ3(750nm≦λ3≦850nm)の第3光束を出射する第3発光点とを1つの筐体内に近接配置することで一体化した光源ユニットと、
前記第1光束を保護基板厚t1の第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第2光束を保護基板厚t2(t2≧t1)の第2光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第3光束を保護基板厚t3(t3>t2)の第3光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズを含む対物光学系とを備える光ピックアップ装置であって、
前記光源ユニットを前記光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態における、前記対物光学系の光軸に直交する平面上であって、前記光軸から距離d1だけ離れた位置を第1位置、前記光軸から距離d2だけ離れた位置を第2位置と規定し、前記第1〜第3発光点をそれぞれ前記第1位置及び前記第2位置に仮想的に配置した場合に、前記第1〜第3光束が軸外光となることに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が最も大きくなる発光点が前記光源ユニットの前記光軸に最も近い位置に配置されることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記第1〜第3発光点のうち波面収差の値が最も大きくなる発光点以外の発光点をそれぞれ前記第1位置及び前記第2位置に仮想的に配置した場合に、これら発光点からの前記光束が軸外光となることに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が大きい方の発光点を前記第1位置及び前記第2位置のうち、より前記光軸に近い方の位置に配置したことを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
- 0.05mm≦d1≦0.15mm
0.05mm≦d2≦0.15mm
を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。 - d1>d2且つ0.15mm≦d1≦0.25mm
又は、
d2>d1且つ0.15mm≦d2≦0.25mm
を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。 - 前記第1〜第3光束のうちの少なくともいずれか2つの光束は、前記対物レンズに対して平行光として入射することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1〜第3発光点が前記光軸に直交する平面上で一直線上に配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
- 波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端に配置されている前記発光点の間に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の光ピックアップ装置。
- 波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端のうちいずれか一方に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光軸に直交する平面上において、前記第1発光点、前記第2発光点及び前記第3発光点を相互に結んだ線分が三角形状になっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記三角形状が直角三角形状であることを特徴とする請求項9に記載の光ピックアップ装置。
- 前記直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が配置されていることを特徴とする請求項10に記載の光ピックアップ装置。
- 波長λ1(350nm≦λ1≦450nm)の第1光束を出射する第1発光点と、波長λ2(600nm≦λ2≦700nm)の第2光束を出射する第2発光点と、波長λ3(750nm≦λ3≦850nm)の第3光束を出射する第3発光点とを1つの筐体内に近接配置することで一体化した光源ユニットと、
前記第1光束を保護基板厚t1の第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第2光束を保護基板厚t2(t2≧t1)の第2光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第3光束を保護基板厚t3(t3>t2)の第3光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズを含む対物光学系とを備える光ピックアップ装置であって、
前記光源ユニットを前記光ピックアップ装置の光学系中の所定位置に配置した状態において、前記第1〜第3発光点をそれぞれ前記対物光学系の光軸上に仮想的に配置した場合に、前記各光ディスクをチルトさせたことに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が最も大きくなる発光点が前記光源ユニットの前記光軸に最も近い位置に配置されることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記第1〜第3発光点のうち波面収差の値が最も大きくなる発光点以外の発光点をそれぞれ前記光軸上に仮想的に配置した場合に、前記各光ディスクをチルトさせたことに起因して前記各光ディスクの情報記録面上に発生する波面収差の値が大きい方の発光点を、波面収差の値が最も大きくなる前記発光点を配置した位置の次に前記光軸に近い位置に配置したことを特徴とする請求項12に記載の光ピックアップ装置。
- 0.05mm≦d1≦0.15mm
0.05mm≦d2≦0.15mm
を満たすことを特徴とする請求項12又は13に記載の光ピックアップ装置。 - d1>d2且つ0.15mm≦d1≦0.25mm
又は、
d2>d1且つ0.15mm≦d2≦0.25mm
を満たすことを特徴とする請求項12又は13に記載の光ピックアップ装置。 - 前記第1〜第3光束のうちの少なくともいずれか2つの光束は、前記対物レンズに対して平行光として入射することを特徴とする請求項12〜15のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1〜第3発光点が前記光軸に直交する平面上で一直線上に配置されていることを特徴とする請求項12〜16のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
- 波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端に配置されている前記発光点の間に配置されていることを特徴とする請求項17に記載の光ピックアップ装置。
- 波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が、一直線上の両端のうちいずれか一方に配置されていることを特徴とする請求項17に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光軸に直交する平面上において、前記第1発光点、前記第2発光点及び前記第3発光点を相互に結んだ線分が三角形状になっていることを特徴とする請求項12〜16のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記三角形状が直角三角形状であることを特徴とする請求項20に記載の光ピックアップ装置。
- 前記直角三角形状の直角となる頂角の位置に波面収差の値が最も大きくなる前記発光点が配置されていることを特徴とする請求項21に記載の光ピックアップ装置。
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JP2008052764A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ピックアップ装置 |
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2004
- 2004-03-31 JP JP2004106737A patent/JP2005293708A/ja active Pending
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